一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将铁源、锰源和锂源混合，将得到的混合物料与有机溶剂混合后进行球磨得到混合悬浊液；(2)将步骤(1)得到的混合悬浊液烘干得到烘干材料，对所述烘干材料进行煅烧处理得到所述铁锰基正极材料，本发明专利技术省略了前驱体制备过程，利用金属盐通过一步煅烧直接获得了正极材料，极大地简化了材料合成步骤，节约了制备成本，由于未经过前驱体合成过程，削弱了前驱体理化性能波动对材料性能波动的影响，能够有效提升正极材料的稳定性。极材料的稳定性。极材料的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]可逆二次电池作为21世纪的绿色能源之一，其代表性产物经过数十年的发展由铅蓄电池到现在的锂离子电池，从能量密度、循环寿命、体积重量、环境保护方面都有了极大地进步，到目前发展至可应用于混合式电动汽车甚至纯电动汽车的动力锂离子电池，由此为人们的生活带来了极大地便利。
[0003]目前国内无钴材料主要包括镍锰二元材料以及磷酸铁锂，二者各有优劣。但是合成方法均是前驱体经过混锂后，基于固相烧结反应，从而获得正极材料。这种合成方法得到的正极材料受前驱体理化性能波动影响较大。同时前驱体制备过程中过渡金属元素通过共沉淀反应得到最终产物，但是部分金属元素沉淀反应pH差别较大，因此不利于精确控制过渡金属比例。
[0004]除此以外，目前铁锰基正极材料制备方法通常为三步法：共沉淀
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溶剂热
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固相烧结反应。制备工艺复杂，制备周期长，且经过共沉淀以及溶剂热反应，容易导致最终获得的正极材料金属比例差异较大且结晶性较差。
[0005]CN111952579A公开了一种高能量密度钠离子电池铁锰基正极材料及其制备方法，其所述方法具体包括以下步骤：(1)将钠盐、铁盐、锰盐和M1盐溶于N
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甲基吡咯烷酮(NMP)或乙醇中得混合物A；(2)将混合物A转移至玛瑙球磨罐中，并密封；(3)将玛瑙球磨罐置于行星式球磨机上，进行球磨；(4)通过干燥球磨后得到的混合物，即获得前驱体；(5)将球磨法所得前驱物研磨均匀，称取适量粉末，再将粉末压制成片状；(6)将片状前驱体放置于管式炉中进行分步煅烧，即得钠离子电池铁锰基层状氧化物正极材料。其所述方法需先合成前驱体，金属比例控制过程复杂，易出现过渡金属氧化问题，而且由于铁离子与锰离子沉淀系数相差较大，很难形成共沉淀，因而很难形成理想金属配比的前驱体。
[0006]CN113078299A公开了一种钠锂铁锰基层状氧化物材料、制备方法和用途，其所述制备方法包括：将所需化学计量比的分别含有铁、锰的硝酸盐或硫酸盐或碳酸盐或者氢氧化物分别溶于一定体积的去离子水中，并分别形成溶液；用蠕动泵将所述溶液分别以滴加方式加入到一定浓度和pH值的氨水溶液中，生成沉淀物；将得到的沉淀物用去离子水清洗干净，烘干后与碳酸钠、氢氧化锂按照化学计量比均匀混合得到的前驱物；将所述前驱物置于坩埚中，在600～1000℃的空气气氛下，热处理2～24h，得到前驱体粉末；将热处理后的前驱体粉末进行研磨，得到所述层状氧化物材料。其所述方法同样需要先制备前驱体，进而热处理得到材料。
[0007]上述方案均存在有需先制备前驱体再热处理才能得到材料的问题，而在前驱体制备过程中，金属比例控制过程复杂，易出现过渡金属氧化问题，而且由于铁离子与锰离子沉淀系数相差较大，很难形成共沉淀，因而很难形成理想金属配比的前驱体，因此，开发一种
无需制备前驱体就能获得铁锰基正极材料的方法是十分必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用，本专利技术利用一步固相煅烧反应即可获得铁锰正极材料，极大简化了工艺步骤，降低了在生产过程中由于工艺复杂、生产周期长以及生产原料损失造成的成本问题，摒弃了前驱体，直接利用过渡金属盐进行正极材料合成，能够提升正极材料的稳定性。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种铁锰基正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011](1)将铁源、锰源和锂源混合，将得到的混合物料与有机溶剂混合后进行球磨得到混合悬浊液；
[0012](2)将步骤(1)得到的混合悬浊液烘干得到烘干材料，对所述烘干材料进行煅烧处理得到所述铁锰基正极材料。
[0013]本专利技术直接将锂盐、铁盐以及锰盐进行湿法球磨混合，通过调整铁盐与锰盐比例，即可获得不同铁锰比例的正极材料，极大地简化了正极材料的合成工艺，降低了材料合成的成本，Fe元素与Mn元素能够实现纳米级别的均匀混合，其中材料一次颗粒粒径均为纳米级别，然后团聚形成微米级别的二次颗粒。这种小多晶的存在形式能够为锂离子迁移提供良好的通道，有利于提高正极材料的比容量。由于该制备方法未使用前驱体，帮助材料性能摆脱了因前驱体差异导致的材料性能波动，提高了材料的稳定性。
[0014]本专利技术采用湿法研磨工艺，防止带结晶水的锰盐以及铁盐在混料过程中粘结严重，影响混料均匀性，同时采用有机溶剂作溶剂可以保证物料过程悬浊液，便于后续干燥。
[0015]前驱体制备过程中往往会存在过渡金属氧化以及比例控制不精准的情况。而本专利技术中直接在原料合成过程中即可控制过渡金属盐的选择以及加入比例，最终精准获得不同金属比例的正极材料。
[0016]优选地，步骤(1)所述铁源包括氧化铁、乙酸铁或碳酸铁中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]优选地，所述锰源包括碳酸锰、二氧化锰或乙酸锰中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]优选地，所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂。
[0019]优选地，步骤(1)所述铁源中的铁和锰源的锰的摩尔比为(0.5～3):(7～9.5)，例如：0.5:9.5、1:9、1.5:8.5、2:8、2.5:7.5或3:7等。
[0020]优选地，所述所述锂源中的锂与所述铁源中的铁与锰源的锰的总摩尔比为(0.2～0.5):1，例如：0.2:1、0.3:1、0.4:1或0.5:1等。
[0021]优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇或NMP中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，步骤(1)所述球磨的转速为100～400rpm，例如：100rpm、150rpm、200rpm、250rpm、300rpm或400rpm等。
[0023]优选地，所述球磨的时间为2～4h，例如：2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。
[0024]优选地，步骤(2)所述步骤(2)所述煅烧处理在氧气气氛下进行。
[0025]优选地，所述氧气的流量为8～12L/min，例如：8L/min、9L/min、10L/min、11L/min或12L/min等。
[0026]优选地，所述煅烧处理的温度为500～800℃，例如：500℃、550℃、600℃、700℃或800℃等。
[0027]优选地，所述煅烧处理的时间为7～12h，例如：7h、8h、9h、10h、11h或12h等。
[0028]本专利技术采用固相烧结法，在混料阶段通过控制铁盐、锰盐以及锂盐添加比例，即可获得不同铁锰比例以及锂盐比的正极材料。煅烧气氛使用氧气，保证材料能够获得充分的氧化。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种铁锰基正极材料，所述铁锰基正极材料通过如第一方面所述方法制得。
[0030]优选地，所述铁锰基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将铁源、锰源和锂源混合，将得到的混合物料与有机溶剂混合后进行球磨得到混合悬浊液；(2)将步骤(1)得到的混合悬浊液烘干得到烘干材料，对所述烘干材料进行煅烧处理得到所述铁锰基正极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁源包括氧化铁、乙酸铁或碳酸铁中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锰源包括碳酸锰、二氧化锰或乙酸锰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁源中的铁和锰源的锰的摩尔比为(0.5～3):(7～9.5)；优选地，所述所述锂源中的锂与所述铁源中的铁与锰源的锰的总摩尔比为(0.2～0.5):1。4.如权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇或N
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甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈思贤，江卫军，许鑫培，郑晓醒，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：