[發明專利]一種球形含鎳碳酸錳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710153257.4
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106784825A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王敬;包烏日古木拉;蘇岳鋒;吳鋒;陳實;李維康
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種球形含鎳碳酸錳材料及其制備方法和應用。

背景技術

碳酸錳是生產軟磁鐵氧體的主要原料，也是合成Mn₂O₃、MnO₂等錳的氧化物的重要化工原料，并且廣泛應用于電子、醫藥、顏料和催化劑等高新技術領域中。

大量文獻曾報道過，我國制備碳酸錳主要是通過酸溶-碳化處理電解錳或合成二氧化錳來制備，但其生產成本高、消耗大量電能的同時也帶來了環境污染問題。近些年，開發出以錳礦或礦廢液為原料制備可溶性錳鹽溶液，再經碳酸鹽沉淀或采用硫酸為溶劑來制備碳酸錳的新工藝。該制備工藝生產成本低，能量消耗也不高，但合成出的碳酸錳產品存在形狀不規則，表面雜質較多，沉淀形成過程較慢，制備周期長，易吸附雜質等缺點，不僅如此，在其合成過程中有大量有毒物質的生成，也容易造成二次環境污染問題。

碳酸錳作為一種重要的錳源，近些年被廣泛應用到鋰離子電池負極材料的合成過程中，碳酸錳基鋰離子電池在充放電、電池循環等性能上，取得了優異的效果。研究表明，不同粒徑尺寸和不同形貌的碳酸錳晶體結構對以其為原料合成的MnCO₃鋰離子電池的導電性能有很大影響，因此對碳酸錳材料粒度尺寸和形貌的控制對其電學方面的應用有著重要的研究意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種球形含鎳碳酸錳材料及其制備方法和應用。

本發明的目的之二是提供一種鋰離子電池負極材料，其包括上述球形含鎳碳酸錳材料。

本發明的目的之三是提供一種鋰離子電池負極，所述鋰離子負極包括上述鋰離子電池負極材料。

本發明的核心目的是提供一種球形含鎳碳酸錳材料，其中，所述材料中的鎳主要以碳酸鎳形式存在。

根據本發明，所述碳酸鎳占所述球形含鎳碳酸錳材料的重量百分含量為大于0且小于等于52wt％，優選為3-31wt％，更優選為5-10wt％。

本發明進一步提供一種球形含鎳碳酸錳材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)分別配制錳鹽和鎳鹽的混合溶液、以及碳酸鹽溶液；

(2)通過共沉淀的方式得到所述的球形含鎳碳酸錳材料。

根據本發明，在步驟(1)中，所述的錳鹽為可溶性錳鹽。

優選地，所述的可溶性錳鹽包括醋酸錳、硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種或幾種。

根據本發明，在步驟(1)中，所述的鎳鹽為可溶性鎳鹽。

優選地，所述的可溶性鎳鹽包括醋酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種或幾種。

根據本發明，在步驟(1)中，所述的碳酸鹽為可溶性碳酸鹽。

優選地，所述的可溶性碳酸鹽包括碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉或碳酸鉀中的一種或幾種。

根據本發明，在步驟(1)中，所述錳鹽和鎳鹽的混合溶液中，Mn²⁺含量為大于0且小于等于1mol/L，Ni²⁺含量為大于0且小于等于1mol/L。優選地，Mn²⁺含量為大于0且小于等于0.02mol/L，Ni²⁺含量為大于0且小于等于0.001mol/L。

根據本發明，在步驟(1)中，所述碳酸鹽溶液中，CO₃^2-含量為大于0且小于等于15mol/L。

優選地，CO₃^2-含量為大于0且小于等于2.2mol/L。

根據本發明，在步驟(1)中，所述鎳鹽與錳鹽的摩爾投料比為(1～50):100；進一步優選為(5～25):100，例如可以是5:100、10:100、15:100、20:100或25:100。

根據本發明，在步驟(1)中，所述碳酸鹽與錳鹽的摩爾投料比為(1000～1500):100；進一步優選為(1000～1250):100，例如可以是1000:100，1050:100，1100:100，1150～100，1200:100，1250:100。

根據本發明，所述步驟(1)具體包括：于20～30℃下，采用可溶性錳鹽和可溶性鎳鹽配制成錳鹽和鎳鹽的混合溶液，所述錳鹽和鎳鹽的混合溶液中，Mn²⁺含量為大于0且小于等于1mol/L，Ni²⁺含量為大于0且小于等于1mol/L；采用可溶性碳酸鹽配制成碳酸鹽溶液，所述碳酸鹽溶液中，CO₃^2-含量為大于0且小于等于15mol/L。