[發明專利]正極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111371527.1
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN116137322A
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 于春雨;羅云峰;陳璞
• 申請（專利權）人: 瑞海泊（青島）能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M10/052
• 代理公司: 北京知帆遠景知識產權代理有限公司 11890
• 代理人: 肖陽

本發明公開了一種正極材料及其制備方法與應用，其中，該方法包括：(1)伴隨著攪拌，將錳鹽溶液和碳酸鹽溶液進行混合反應，得到含MnCOsubgt;3/subgt;納米級晶種的混合液；(2)伴隨著攪拌和惰性氣體保護，將混合液的pH控制在7.5～9，加入錳鹽溶液和碳酸鹽溶液，并維持體系pH，使得錳鹽溶液和碳酸鹽溶液在MnCOsubgt;3/subgt;納米級晶種上發生沉淀反應，得到含有單晶MnCOsubgt;3/subgt;的反應后液；(3)將含有單晶MnCOsubgt;3/subgt;的反應后液進行清洗和干燥，得到單晶MnCOsubgt;3/subgt;；(4)將單晶MnCOsubgt;3/subgt;進行燒結，得到單晶MnOsubgt;2/subgt;正極材料。由此，采用該方法可以制備出單晶化高結晶度MnOsubgt;2/subgt;正極材料，將該材料應用于電池中，可以提高電池的電化學性能、比容量和循環性能，且該方法制備工藝簡單，可進行大規模工業化生產，成本低廉。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

由于化石能源是一種不可再生資源而且污染嚴重，目前大部分國家都在大力發展新能源電池以替代石化能源。鋰離子電池在電動汽車與儲能方面已經有了長足的發展，然而商業鋰離子電池采用有機電解液，組裝生產條件苛刻，加之鋰資源的稀缺，使得鋰離子電池成本高昂，而且有機電解液易燃的特性導致鋰離子電池存在較大的安全隱患。二氧化錳的理論容量在308mAh/g至616mAh/g之間，與鋅或鎂負極構成的電池具有很高的理論能量密度，其中鋅與二氧化錳組成的水系二次電池可以實現5分鐘充滿的充電速度，水系二次鋅錳電池安全性也非常高，沒有爆炸的風險，鋅錳資源全球儲量也非常豐富，價格低廉，是車用動力電源和儲能電源較好的選擇之一。

然而，現有二次水系電池中的正極材料二氧化錳大多采用水熱法、共沉淀法或以高錳酸鉀為氧化劑的液相法等制備方法來合成，其中共沉淀采用快速加料方式，晶體成長不做控制，導致現有二氧化錳正極材料具有以下缺陷：(1)比容量循環壽命短，使得電池應用價值不大；(2)循環過程極易溶出，造成材料本身坍塌碎裂，電性能發揮不佳；(3)材料粒徑、BET、一次粒徑、二次粒徑等不一致，材料穩定性差，每批樣品均不一致，電池應用中性能差異大。

因此，現有的二氧化錳正極材料制備技術有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種正極材料及其制備方法與應用，采用該方法可以制備出單晶化高結晶度MnO₂正極材料，將該材料應用于電池中，在充放電過程中可以避免其溶出造成材料的坍塌破裂，從而可以提高電池的電化學性能、比容量和循環性能，且該方法制備工藝簡單，可進行大規模工業化生產，成本低廉。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備正極材料的方法。根據本發明的實施例，所述方法包括：

(1)伴隨著攪拌，將錳鹽溶液和碳酸鹽溶液進行混合反應，以便得到含MnCO₃納米級晶種的混合液；

(2)伴隨著攪拌和惰性氣體保護，將所述混合液的pH控制在7.5～9，加入錳鹽溶液和碳酸鹽溶液，并維持體系pH，使得所述錳鹽溶液和所述碳酸鹽溶液在所述MnCO₃納米級晶種上發生沉淀反應，以便得到含有單晶MnCO₃的反應后液；

(3)將所述含有單晶MnCO₃的反應后液進行清洗和干燥，以便得到單晶MnCO₃；

(4)將所述單晶MnCO₃進行燒結，以便得到單晶MnO₂正極材料。