[发明专利]正极材料前驱体、正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及正极材料前驱体、正极材料及其制备方法和应用。本发明提供的正极材料前驱体，其化学通式为Mn_XFe_1‑X(OH)₂，其中0.45＜X＜0.65。本发明提供的前驱体采用共沉淀法进行制备，与现有技术相比，其有利于锰铁两种金属元素在体相中均匀分布，从而提升正极材料的综合性能，同时将锰铁两种金属元素进行组合，可有效解决传统正极材料锂镍混排导致的电化学性能衰退与安全性问题，降低前驱体与正极材料的制造与生产成本，减少资源的浪费与环境的破坏。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及正极材料前驱体、正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪以来，能源危机与环境问题成为困扰人类发展的两大主要问题。因而人们致力于研究开发清洁可再生能源，如风能、地热能，潮汐能等。而要使用这些可再生能源，需先将其进行储存，储能装置便凸显出了其重要性。目前市场中的储能装置以电池为主，其中锂离子电池又占据了主导地位。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分对其性能有着显著的影响，因而正极材料的更新迭代至关重要，目前正极材料市场以镍钴锰三元材料为主要产品，然而其也存在许多无法解决的问题，例如镍与锂的混排现象严重，这直接导致充放电过程中的大量产气，从而引来一系列的安全问题，当三元材料中镍含量提高时，这一问题将会更加严重；钴元素目前探明的全球储量有限，导致其价格较高，而且钴元素还具有放射性与毒性，这将会带来一系列的环保问题。以上所述问题都将严重制约锂电行业的快速发展。

为了解决上述问题，现有技术中开发出一种锰铁锂正极材料，其正极材料前驱体采用乙酸盐经研磨制备得到，然而该方法制备得到的前驱体中锰铁两种金属元素在体相中分布不均匀，获得的正极材料综合性能有限。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种新的制备锰铁前驱体及其正极材料的方法，其通过共沉淀法对锰铁前驱体进行制备，可有效解决干法制备时锰铁两种金属元素在材料体相中分布不均匀的问题，同时将锰铁两种金属元素进行组合，以期解决传统正极材料锂镍混排导致的电化学性能衰退与安全性问题，降低前驱体与正极材料的制造与生产成本，制备一种价格低廉，环境友好，性能较好的前驱体与正极材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种正极材料前驱体，所述前驱体的化学通式为Mn_XFe_1-X(OH)₂，其中0.45＜X＜0.65。

优选的，所述前驱体的平均粒径为3-6μm。

本发明还提供一种上述所述的正极材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：将金属盐溶液、还原剂、络合剂和氢氧化物沉淀剂混合进行共沉淀反应，得到所述正极材料前驱体；所述金属盐为锰盐、铁盐。

优选的，包括如下步骤：

1)分别配制锰盐溶液、铁盐溶液和氢氧化物沉淀剂溶液；

2)配制含有还原剂、络合剂的底液，然后向该底液中加入锰盐溶液、铁盐溶液和氢氧化物沉淀剂溶液进行共沉淀反应，得到所述正极材料前驱体。

优选的，

所述锰盐溶液与铁盐溶液的摩尔浓度比为(0.45-0.65)：(0.35-0.55)，锰盐溶液与铁盐溶液的摩尔浓度之和为1-3mol/L。

所述氢氧化物沉淀剂溶液的浓度为1-3mol/L。

所述底液中还原剂的浓度为1-20ml/L，络合剂的浓度为15-50ml/L。

优选的，步骤2)反应液中锰盐、铁盐的摩尔比为(0.45-0.65)：(0.35-0.55)。