[发明专利]一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：步骤S1，将锂的无机化合物和Fe_xMn_y(OH)₂前驱体进行氧化烧结，得到中间产物，其中，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，x+y＝1，上述锂的无机化合物中的Li的摩尔量和Fe_xMn_y(OH)₂前驱体中的Fe和Mn的总摩尔量的比值为0.1:1～0.5:1；步骤S2，在氮气或第一惰性气体氛围条件下，对上述中间产物进行第二烧结，得到铁锰基正极材料。本申请制备方法得到的铁锰基正极材料由于锂元素含量较低且结构更稳定，使锂离子在正极和电解液之间的回嵌和脱出过程不会对铁锰基正极材料的原本结构造成影响，进而保证了锂离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子正极电池领域，具体而言，涉及一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机、环境污染等问题的日益突出，新能源的开发与利用势在必行。在未来的几年中，锂离子电池在新能源汽车行业的应用需求将不断增加。

在新能源汽车中，锂离子电池占据核心地位，而在锂离子电池中，正极材料又是重中之重。以NCM523动力电池为例，正极材料占据成本高达32％，而电解液、隔膜以及负极总占比也仅为约25％。除却成本因素外，正极材料的电化学性能方面也与电池的整体性能息息相关。

因此，开发以资源丰富的铁、锰材料制备锂离子电池正极材料的方法符合未来发展的趋势。现有技术中，铁锰基正极材料通常采用三步法制备(即共沉淀—溶剂热—固相烧结法)，主要制备步骤为：①将铁盐、锰盐以及锂盐的混合溶液进行共沉淀反应得到前驱体；②前驱体与锂盐进行混合，加入溶剂，进行溶剂热反应；③将溶剂热反应得到样品与氢氧化锂按照一定比例进行混合，经过高温氧化煅烧，得到成品正极材料。

该方法制备工艺复杂，制备周期比较长，不利于工业生产以及成本控制，且由于溶剂热过程，易导致材料出现结晶性差、形貌差等问题，从而影响正极材料的性能。一般方法制备得到的铁锰基正极材料具有富锂结构，富锂结构中一方面包含Li₂MnO₃相，Li₂MnO₃相不稳定，在充放电过程中很容易分解，会释氧并且使阳离子的浓度升高，使得充电容量高而放电容量低导致首效低的问题，并且循环稳定性也较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中铁锰基正极材料循环稳定性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铁锰基正极材料的制备方法，制备方法包括：步骤S1，将锂的无机化合物和Fe_xMn_y(OH)₂前驱体进行氧化烧结，得到中间产物，其中，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，x+y＝1，锂的无机化合物中的Li的摩尔量和Fe_xMn_y(OH)₂前驱体中的Fe和Mn的总摩尔量的比值为0.1:1～0.5:1；步骤S2，在氮气或第一惰性气体氛围条件下，对中间产物进行第二烧结，得到铁锰基正极材料。

进一步地，上述步骤S1在含氧气体中进行氧化烧结，优选含氧气体中氧气的含量为20～100％，优选含氧气体的流量为2～5L/min；优选氧化烧结的温度为500～700℃，保温时间为3～8h，优选氧化烧结前的升温速率为2～4℃/min。

进一步地，上述第一惰性气体选自氩气和氦气中的一种，优选氮气或第一惰性气体的流量为2～5L/min，优选第二烧结的温度为800～1100℃，保温时间为5～10h，优选氧化烧结之后、第二烧结之前的升温速率为2～4℃/min，优选锂的无机化合物选自锂盐和氢氧化锂中的一种或两种，优选锂盐选自碳酸锂、氯化锂和溴化锂中的一种或多种。