[发明专利]低温水热合成有机膦酸类锂电池正极材料LixMmR(PO3)n

说明书

技术领域

本发明涉及能源材料领域，具体的说是一类新型锂离子电池正极材料的结构组成及其制备方法。

背景技术

正极材料是锂离子电池的核心组成部分之一。常用的正极活性物质除了过渡金属氧化物LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、Li₄Mn₅O₁₂及其掺杂物，一类以LiFePO₄为代表的无机磷酸根体系LiMPO₄、Li₃M₂(PO₄)₃(其中M＝Fe、Co、Mn、V等)正极材料研究得到了人们的关注。但上述材料的合成基本都是在高温高压条件下固相反应进行，材料的组成结构设计方面缺乏可控。目前社会的发展对锂离子电池工作性能要求越来越高，其中开发新型正极材料是提高锂离子电池充放电性能的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提出一类组成为Li_xM_mR(PO₃)_n(其中R＝有机基团，M＝过渡、稀土金属离子)的新型金属有机膦酸锂配位化合物作为锂离子电池正极材料，以及其低温水热合成方法。

本发明的技术方案如下

新型金属有机膦酸锂配位化合物Li_xM_mR(PO₃)_n作为锂离子电池正极活性物质，其特征在于：组成结构主要包括有机膦酸R(PO₃H₂)_n、金属离子M和Li离子三部分。

所述的金属有机膦酸锂配位化合物Li_xM_mR(PO₃)_n，其特征在于：有机膦酸R(PO₃H₂)_n不同于无机磷酸根PO₄^3-的是有一个R有机基团(R＝CH₂、CH₃C(OH)、C₆H₆、C₅H₅N等)，n个PO₃H₂与有机基团R中的C原子相连，当n＝1时RPO₃H₂为有机单膦酸，当n＝2时R(PO₃H₂)₂为有机二膦酸，以此类推。

所述的金属有机膦酸锂配位化合物Li_xM_mR(PO₃)_n，其特征在于：有机膦酸R(PO₃H₂)_n的R基团不能太小，体积太小容易形成三维主结构而不利于锂离子的迁移；同样，R基团也不能太大，体积过大则容易形成中性的过渡金属-有机膦酸主结构，而不利于Li离子的嵌入。

所述的金属有机膦酸锂配位化合物Li_xM_mR(PO₃)_n，其特征在于：所述的M金属离子包括过渡金属Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Os等，和稀土金属Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等。

所述的金属有机膦酸锂离子正极材料Li_xM_mR(PO₃)_n的低温水热合成方法，其特征在于：所述的水热合成方法由下列步骤组成

步骤1.将有机膦酸溶于适量的水中，与合适物质的量的金属盐溶液混合，然后缓慢滴加氢氧化锂水溶液(也可用碳酸锂盐溶液代替氢氧化锂溶液)，调节溶液的pH值至近中性，在室温条件下搅拌约1小时，

步骤2.将步骤1所得的溶液装入合适体积的聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中密封，程序升温(5℃/分钟)至合适温度(140～180℃)，恒温反应(温度正负误差0.5℃)一定时间(3～7天)，最后程序降温(5℃/分钟)至常温，

步骤3.将步骤2所得的产品过滤，得到的固体物分别用合适量的去离子水、乙醇、丙酮清洗，真空干燥，球磨至合适粒径即可用于制作电极进行充放电实验。