[发明专利]一种钠离子电池用Cu-Fe-Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途

摘要

本发明提供了一种钠离子电池用Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体及其制备方法和用途，Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体的制备方法包括：(1)将铜源、铁源、锰源和可选地金属M源按照预设比例制备成混合液；(2)在保护性气氛中，将混合液、氢氧化钠溶液和氨水同时混合进行反应，得到反应产物；(3)将步骤(2)所得反应产物后处理，得到Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体。该制备方法简单，产物形貌可调，可用于制备钠离子电池正极材料，且电化学性能优异。

主权项

1.一种采用Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体制备Cu‑Fe‑Mn钠盐层状氧化物的方法，所述Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体的化学通式为Cu_xFe_yM_zMn_{1‑x‑y‑z}(OH)₂，其中0<x<1，0<y<1，0≤z<1，其中M为金属元素，其特征在于，所述Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体的制备方法包括如下步骤：(1)将铜源、铁源和锰源按照预设比例制备成混合液；或，将铜源、铁源和锰源和金属M源按照预设比例制备成混合液；(2)在保护性气氛中，将混合液、氢氧化钠溶液和氨水同时混合并进行反应，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的摩尔量为混合液中金属离子摩尔量的2.0‑5.8倍，氨水中的氨与混合液中铜离子的摩尔比为1‑8:1，得到反应产物；所述氨水的浓度为5wt％‑50wt％，所述的混合形式为滴加，所述滴加速度为恒速，所述混合液、氢氧化钠溶液和氨水独立地以1‑5mL/min的流度滴加至反应器中混合进行反应；所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为800rpm以上，所述搅拌使用的搅拌桨的臂展为2‑9.5cm；所述反应的温度为40‑80℃；(3)将步骤(2)所得反应产物后处理，得到Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体，所述前驱体的形貌为管状、颗粒状和微球状中的任意一种或至少两种的组合；所述混合液中金属离子总摩尔量与氨水的摩尔量之比为0.2‑1.3、搅拌速度为800‑25000rpm、所用搅拌桨的臂展为2‑8cm时，得到管状Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体；所述混合液中金属离子总摩尔量与氨水的摩尔量之比为1.4‑8、搅拌速度为800‑2500rpm、所用搅拌桨的臂展为2‑6cm时，得到的颗粒状Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体；所述混合液中金属离子总摩尔量与氨水的摩尔量之比为1.4‑8、搅拌速度为800‑2500rpm、所用搅拌桨臂展为6.2‑9.5cm时，得到微球状Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体；采用所述Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体制备Cu‑Fe‑Mn钠盐层状氧化物的方法包括：按照反应计量比，将Cu‑Fe‑Mn层状氧化物前驱体与碳酸钠混合，研磨，在800‑1000℃条件下煅烧10‑24h，得到Cu‑Fe‑Mn钠盐层状氧化物；得到产物的首周放电比容量可达90.0mAh/g；在低倍率0.1C的电流倍率下，经过5周的循环后，具有89.1mAh/g的放电比容量，容量保持率高达98.54％。