[发明专利]橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸锰锂的微波水热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的合成方法，尤其是微波水热制备橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸锰锂的方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境友好等优点，因此广泛应用于手机、手提电脑、数码相机等便携式设备，近年来，在电动交通工具以及国防工业等领域，也显示出巨大的应用前景。层状含锂过渡金属氧化物LiCoO₂是目前商品化锂离子电池中应用最广泛的正极材料，但钴资源缺乏，因此LiCoO₂价格昂贵，最终使得锂离子电池的价格比较高，因此开发其他廉价的正极材料势在必行。橄榄石型LiMnPO₄电压平台4.1V左右，正好与LiCoO₂差不多，并且价格便宜，因此是一种物廉价美的正极材料，可望用来替代LiCoO₂。目前，橄榄石型LiMnPO₄的制备方法不多，有固相法、溶胶-凝胶法以及传统水热法。固相法和溶胶-凝胶法都需要高温烧结，不仅能耗大，而且颗粒尺寸不容易控制，高温下容易长大，较难制得高电化学活性LiMnPO₄。传统水热法可以在很低的温度下制备结晶完好并且具有电化学活性的LiMnPO₄，但存在加热速度慢、受热不均匀、反应时间较长的缺点。微波水热法是近年来国际上开发的一种功能材料制备新方法，与传统水热法相比，具有加热速度快、反应体系受热均匀、反应灵敏、反应温度更低和反应时间更短的优点，因此更容易实现功能材料的可控制备。

发明内容

本发明提出了一种制备橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸锰锂的微波水热方法。该方法具有反应条件温和、过程简单快速高效、制备成本低的特点。

本发明涉及橄榄石型锂离子电池正极材料磷酸锰锂的微波水热合成方法，具体过程如下：

1、室温下，配制浓度为0.1～2mol/L的锰盐和磷酸或磷酸盐的混合水溶液，其中锰离子∶磷酸根离子(Mn∶PO₄^3-)的摩尔比为1∶1；配制浓度为0.1～3.5mol/L的氢氧化锂水溶液；

2、将氢氧化锂水溶液与锰盐和磷酸或磷酸盐的水溶液混合，pH值控制在6～11之间；

3、将上述的混合液进行微波水热反应，反应罐的填充度为70～80％，反应温度为160～200℃，反应时间为0.5～6小时，将微波水热反应后的产物用水充分洗涤、过滤，然后放入烘箱中在100～150℃下干燥5～12小时，所得则为橄榄石型锂离子电池正极材料LiMnPO₄。

其中上述制备过程中所用的锰盐可以是硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种或几种；磷酸盐可以是磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种或几种。

本发明通过控制反应物浓度、溶液pH值以及反应温度和时间，然后利用微波水热使得反应体系受热更加快速均匀，加速反应过程，以高效制备橄榄石型锂离子电池正极材料LiMnPO₄。

本发明的微波水热法制备橄榄石型LiMnPO₄具有工艺简单、反应快速、成本低的优点，同时制备的橄榄石型LiMnPO₄结构完善，结晶完好。

附图说明

图1实施例1所制备橄榄石型LiMnPO₄的XRD图。

图2实施例1所制备橄榄石型LiMnPO₄的SEM图。

具体实施方式

实例1：室温下，配制浓度为0.5mol/L的硫酸锰和磷酸二氢铵混合水溶液，其中锰离子∶磷酸根离子(Mn∶PO₄^3-)的摩尔比为1∶1；配制浓度为1mol/L的氢氧化锂水溶液；将氢氧化锂水溶液加入到硫酸锰和磷酸二氢铵的混合水溶液中，溶液的pH为～9；将所得混合液进行微波水热反应，反应罐的填充度为80％，反应温度为160℃，反应时间为6小时，将微波水热反应后的产物用水充分洗涤、过滤，然后放入烘箱中在150℃下干燥12小时，所得则为橄榄石型锂离子电池正极材料LiMnPO₄。

图1是所制备橄榄石型LiMnPO₄的XRD图。图示表明制备的材料为单一的橄榄石型LiMnPO₄，并且具有很好的结晶度。

图2是所制备橄榄石型LiMnPO₄的SEM图。颗粒大小在150～500纳米左右。