[發明專利]含鐵錳層狀過渡金屬氧化物前驅體材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011258463.X
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112374551A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 尤雅;蘇杭;黃興;林雅
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 閉釗;崔友明

本發明涉及含鐵錳層狀過渡金屬氧化物前驅體材料及其制備方法，該材料可用來制備鈉離子電池正極活性材料。其通式為M_1?x?yFe_xMn_y(OH)₂，其中0≦x＜1，0≦y＜1，M是金屬元素摻雜，為Ni²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Co²⁺，Co³⁺，Ag⁺，Cr²⁺，Cr³⁺，Pb²⁺，Pb⁴⁺，Ba²⁺,W²⁺，Al³⁺，Ti²⁺，Ti⁴⁺，Cu²⁺，V⁴⁺，Zr⁴⁺，Nb⁵⁺，Mo⁵⁺，Ru⁴⁺中的一種或者多種，其具有獨特的納米球形結構，球形分布均一，球形粒徑為1?10μm。本發明的有益效果是：該方法可行性強，易于放大化，實現多種或不同種類層狀過渡金屬氧化物的工業化，利于市場化推廣。

技術領域

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及含鐵錳層狀過渡金屬氧化物前驅體材料及其制備方法，該材料可用來制備鈉離子電池正極活性材料。

背景技術

鈉離子電池因其具有鈉自然資源豐富、循環壽命長、適用溫度范圍寬、無記憶效應、無環境污染等特點而受到研究者廣泛關注，作為鋰離子電池的理想替代儲能發展得十分迅速。近年來，鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物正極材料廣受人們的關注，合成該類正極材料主要方法有固相法，溶膠凝膠法，噴霧干燥法以及共沉淀法，鈉離子電池用的鐵錳基層狀過渡金屬氧化物由于其成本低，比容量適中等優點，使得該類材料作為正極材料的電池中可以實現大規模儲能，非常具有潛能取代目前的鋰離子電池。

其中合成鈉離子電池用的鐵錳基層狀過渡金屬氧化物材料通常使用固相法，該方法是通過在高溫下煅燒各類金屬氧化物合成層狀過渡金屬氧化物，具有成本高，產物的形貌不一等缺點。

而共沉淀方法可以避免固相法的一些缺點去合成層狀過渡金屬氧化物材料。通過共沉淀方法所合成出的材料具有產物形貌均一，成本低等特點，而且能夠實現工業化量產，例如在鋰電工業中，研究者們使用共沉淀法去大量合成三元材料鎳鈷錳，通過金屬鹽與絡合劑的絡合作用，之后在沉淀劑的作用下使鎳鈷錳三種元素共同沉淀形成前驅體，最后將得到的前驅體與鈉鹽煅燒后得到層狀氧化物材料。而通過共沉淀法合成鈉離子電池用的鐵錳基層狀過渡金屬氧化物材料的前驅體是和鋰離子電池中的前驅體是完全相似的。在目前的工業方法中，較為常用的絡合劑采用的是氨水，金屬離子與氨水絡合后形成的絡合物在一定的pH作用下可以實現共同沉淀，形成均一的前驅體，但在此過程中氨水不能夠絡合所有的金屬離子。要以共沉淀的方法去合成其他元素組合的前驅體愈發困難，工業上其他鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物正極材料的合成將具有一定的局限性。因此，開發新型的絡合劑以適用于多種金屬離子在沉淀劑作用下的共沉是完全有必要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對目前工業上共沉淀方法中的絡合劑的局限問題，開發新的絡合劑從而實現不同種類乃至多種金屬離子的絡合，并在一定的pH下實現共同沉淀得到含鐵錳層狀過渡金屬氧化物前驅體材料，最后通過煅燒獲得均一的層狀氧化物材料。