[发明专利]溶胶-凝胶法制备硅掺杂的磷酸锰锂锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶胶-凝胶法制备硅掺杂的磷酸锰锂锂离子电池正极材料。 

背景技术

LiMnPO₄是一种新型锂离子电池正极材料。它具有优良的充放电平台，良好的循环性能，并且价格低廉，理论容量高，环境友好等优点，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料，并有望用在以锂离子电池为动力的电动汽车上。 

传统的制备方法主要有以下几种：固相合成法、共沉淀法、水热法等等。然而这些方法都存在一些固有的缺点，如：合成温度高、合成周期长、控制条件苛刻、成本高以及合成材料的大电流放电能力差等缺点，这些都限制着LiMnPO₄的大规模产业化。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用溶胶-凝胶方法制备硅掺杂的磷酸锰锂锂离子电池正极材料。以解决磷酸锰锂材料衰减性能快等问题、同时硅掺杂后的样品粒径分布均匀、细小、电导率提高、降低烧结温度，降低成本，提高了样品的电化学性能，简化了工艺，使之易于工业化的目的。 

具体步骤为： 

将锂盐、锰盐、磷酸盐和硅烷偶联剂按摩尔比为1∶1∶1∶0.2-0.5混合均匀后，在惰性气体的保护下于500℃-800℃烧结10-30h，冷却后即为LiMnPO₄。 

所述锂盐为醋酸锂、硝酸锂和氟化锂中的一种。 

所述锰盐为碳酸锰、乙酸锰和硝酸锰中的一种。 

所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的一种。 

所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。 

所述的惰性气体为氮气和氩气中的一种。 

本发明烧结温度低，有效地抑制样品晶粒的过分长大，使所合成材料粒径分布均匀、细小、硅掺杂后提高了LiMnPO₄的电导率；合成温度500-800℃之间可调，可得到不同粒度的材料；方法简单方便、易于控制；LiMnPO₄的充放电性能和循环性能提高，降低了成本。 

附图说明

图1为本发明实施例1的3号样品的XRD图。 

图2为本发明实施例1的3号样品的SEM图。 

图3为本发明实施例1的3号样品的首次充放电曲线。 

具体实施方式

实施例1： 

将0.1mol醋酸锂、0.1mol碳酸锰和0.1mol磷酸氢二铵溶于水后，加入到0.02mol乙烯基三乙氧基硅烷中混合均匀后，在氮气的保护下分别于500℃、600℃、700℃、800℃烧结10h，冷却后即为LiMnPO₄。所得到的产物经X射线衍射分析，表明均为LiMnPO₄，没任何杂相，通过SEM可得到产物的粒径在0.1μm左右。将所得到的产物组装成实验扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在1C的倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环50次后放电容量见表1。 

表1实施例1的实验条件和结果 

实施例2： 

将0.1mol硝酸锂、0.1mol乙酸锰和0.1mol磷酸二氢铵溶于水后，加入到0.03mol乙烯基三甲氧基硅烷中混合均匀后，在氩气的保护下于700℃分别烧结10、15、20和30h，冷却后即为LiMnPO₄。所得到的产物经X射线衍射分析，表明均为LiMnPO₄，没任何杂相，通过SEM可得到产物的粒径在0.1μm左右。将所得到的产物组装成实验扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在1C的倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环50次后放电容量见表2。 

表2实施例2的实验条件和结果