[发明专利]一种球形含镍碳酸锰材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种球形含镍碳酸锰材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳酸锰是生产软磁铁氧体的主要原料，也是合成Mn₂O₃、MnO₂等锰的氧化物的重要化工原料，并且广泛应用于电子、医药、颜料和催化剂等高新技术领域中。

大量文献曾报道过，我国制备碳酸锰主要是通过酸溶-碳化处理电解锰或合成二氧化锰来制备，但其生产成本高、消耗大量电能的同时也带来了环境污染问题。近些年，开发出以锰矿或矿废液为原料制备可溶性锰盐溶液，再经碳酸盐沉淀或采用硫酸为溶剂来制备碳酸锰的新工艺。该制备工艺生产成本低，能量消耗也不高，但合成出的碳酸锰产品存在形状不规则，表面杂质较多，沉淀形成过程较慢，制备周期长，易吸附杂质等缺点，不仅如此，在其合成过程中有大量有毒物质的生成，也容易造成二次环境污染问题。

碳酸锰作为一种重要的锰源，近些年被广泛应用到锂离子电池负极材料的合成过程中，碳酸锰基锂离子电池在充放电、电池循环等性能上，取得了优异的效果。研究表明，不同粒径尺寸和不同形貌的碳酸锰晶体结构对以其为原料合成的MnCO₃锂离子电池的导电性能有很大影响，因此对碳酸锰材料粒度尺寸和形貌的控制对其电学方面的应用有着重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种球形含镍碳酸锰材料及其制备方法和应用。

本发明的目的之二是提供一种锂离子电池负极材料，其包括上述球形含镍碳酸锰材料。

本发明的目的之三是提供一种锂离子电池负极，所述锂离子负极包括上述锂离子电池负极材料。

本发明的核心目的是提供一种球形含镍碳酸锰材料，其中，所述材料中的镍主要以碳酸镍形式存在。

根据本发明，所述碳酸镍占所述球形含镍碳酸锰材料的重量百分含量为大于0且小于等于52wt％，优选为3-31wt％，更优选为5-10wt％。

本发明进一步提供一种球形含镍碳酸锰材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)分别配制锰盐和镍盐的混合溶液、以及碳酸盐溶液；

(2)通过共沉淀的方式得到所述的球形含镍碳酸锰材料。

根据本发明，在步骤(1)中，所述的锰盐为可溶性锰盐。

优选地，所述的可溶性锰盐包括醋酸锰、硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的一种或几种。

根据本发明，在步骤(1)中，所述的镍盐为可溶性镍盐。

优选地，所述的可溶性镍盐包括醋酸镍、硫酸镍、氯化镍或硝酸镍中的一种或几种。

根据本发明，在步骤(1)中，所述的碳酸盐为可溶性碳酸盐。

优选地，所述的可溶性碳酸盐包括碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠或碳酸钾中的一种或几种。

根据本发明，在步骤(1)中，所述锰盐和镍盐的混合溶液中，Mn²⁺含量为大于0且小于等于1mol/L，Ni²⁺含量为大于0且小于等于1mol/L。优选地，Mn²⁺含量为大于0且小于等于0.02mol/L，Ni²⁺含量为大于0且小于等于0.001mol/L。

根据本发明，在步骤(1)中，所述碳酸盐溶液中，CO₃^2-含量为大于0且小于等于15mol/L。

优选地，CO₃^2-含量为大于0且小于等于2.2mol/L。

根据本发明，在步骤(1)中，所述镍盐与锰盐的摩尔投料比为(1～50):100；进一步优选为(5～25):100，例如可以是5:100、10:100、15:100、20:100或25:100。

根据本发明，在步骤(1)中，所述碳酸盐与锰盐的摩尔投料比为(1000～1500):100；进一步优选为(1000～1250):100，例如可以是1000:100，1050:100，1100:100，1150～100，1200:100，1250:100。

根据本发明，所述步骤(1)具体包括：于20～30℃下，采用可溶性锰盐和可溶性镍盐配制成锰盐和镍盐的混合溶液，所述锰盐和镍盐的混合溶液中，Mn²⁺含量为大于0且小于等于1mol/L，Ni²⁺含量为大于0且小于等于1mol/L；采用可溶性碳酸盐配制成碳酸盐溶液，所述碳酸盐溶液中，CO₃^2-含量为大于0且小于等于15mol/L。