[发明专利]一种锰铁铜正极前驱体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锰铁铜正极前驱体材料及其制备方法和应用。所述正极前驱体材料的形貌为球形或类球形，所述正极前驱体材料的化学式为Mn_XCu_YFe_1‑X‑Y(OH)_3‑X‑Y，其中，0.3＜X＜0.45，0.1＜Y＜0.4。所述前驱体材料的制备方法为共沉淀法。本发明通过共沉淀法制备得到了锰铁铜正极前驱体材料，克服了元素偏析导致的杂相生成，元素之间实现了原子级别的均匀分布，由上述前驱体材料制备得到的钠离子正极材料结构稳定，具有较优的电化学性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，涉及一种锰铁铜正极前驱体材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前正极材料市场以三元锂电为主要产品，然而其也存在许多无法解决的问题，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，同时也会导致容量大幅衰减，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，而要想解决上述问题就需要研发其他种类的正极材料以匹配电芯的制备。

随着资源的不断减少与环境的日益破环致使新能源行业飞速发展。锂离子电池行业飞速发展，然而其也存在一些固有问题，例如锂镍混排导致的容量衰减与产气问题，已探明钴资源全球储量有限且对环境有很大的影响问题，锂产能与现有需求量不匹配导致的价格大幅上涨问题。基于以上问题，整个行业将目光投向了钠离子电池。

钠离子电池正极材料主要有聚阴离子化合物磷酸盐、三元过渡金属氧化物及有机类材料等；其中三元过渡金属氧化物采用过渡金属的掺杂以提高材料循环稳定性和倍率性能。钠离子正极材料的制备方法包括高温固相法、溶胶凝胶法、水热法和高能球磨法。高温固相法是一种传统的制粉工艺，该方法填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单，但有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等。溶胶凝胶法所需反应温度较低，原料能够达到分子级别的均匀混合，然而该方法原料价格昂贵，反应周期过长，因而不适宜用于大规模生产。水热法所需反应温度低，材料纯度较高且可以得到良好可控的形貌，然而该方法需要经过长时间密闭环境下的高温高压反应，操作危险性较高，且需要后期反复的离心洗涤和一段时间的干燥，因而反应周期较长。高能球磨法是制备锂/钠离子电池电极材料十分常见的一种方法。该方法操作简单，对原料适应性较强，且能够实现原材料纳米级的均匀混合。然而该方法合成的材料力度分布不均匀，容易引进杂质，原材料的消耗较大，且电能损失较为严重。

CN106340627A公开一种钠离子电池正极材料的制备方法，包括：将钠源、铁源和锰源，混合均匀，得到混合物；将所述混合物与氧化剂混合，通过超声震荡进行氧化反应，得到反应物；将所述反应物烘干、活化后得到前驱体；将所述前驱体于空气中煅烧，快速冷却即得所述正极材料；其中所述正极材料为六方晶型钠离子化合物Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂。但是该文献中的高温固相法有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等。

CN103682320A公开了一种钠离子正极材料的制备方法，所述正极材料为锰氧化合物与导电高分子的复合材料，首先通过水热反应制备锰氧化合物晶体，再利用导电高分子对其进行表面包覆得到钠离子正极材料。但该工艺较复杂，且水热反应需要高压设备，成本较高。

因此，如何得到一种性能优异且制备方法简单的钠离子正极材料，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰铁铜正极前驱体材料及其制备方法和应用。本发明通过共沉淀法制备得到了锰铁铜正极前驱体材料，克服了元素偏析导致的杂相生成，元素之间实现了原子级别的均匀分布，由上述前驱体材料制备得到的钠离子正极材料结构稳定，具有较优的电化学性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：