[发明专利]低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO₄的方法。

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、溶胶-凝胶法、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

本发明的目的在于克服上述方法的不足之处，提供一种低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO₄的方法。采用此方法合成的磷酸锰锂颗粒细小并且粒径分布均匀，离子导电性和电子导电性明显得到提高，具有良好的放电性能；同时该方法合成温度低，合成周期短，条件控制简便，合成方法简单，易于实现大规模产业化。

本发明的具体步骤为：

将锰源化合物、磷源化合物和锂源化合物按锰、磷、锂元素物质的量的比为1∶1∶1比例混合，在常温下混合均匀，然后进行机械活化，活化时间控制在1-10h内，然后加入有机碳源，有机碳源与锰源化合物的物质的量的比为1∶1-2∶1，在常温常压条件下，在非氧化性气氛中以10-40℃/min的升温速度加热到300-800℃，并恒温煅烧4-12h；以5-20℃/min的速度降温，即得LiMnPO₄；

所述锰源化合物为碳酸锰、乙酸锰和硝酸锰中的一种。

所述磷源化合物为磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸氨和磷酸中的一种。

所述锂源化合物为碳酸锂、甲酸锂、氢氧化锂、乙酸锂和氧化锂中的一种。

所述有机碳源为抗坏血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、甲醛和乙醛中的一种。

所述非氧化性气体为氩气、氦气、氖气、氮气和氢气中的一种。

本发明提供的低温热处理制备锂离子电池正极材料LiMnPO₄的方法与现有的制备方法相比，其优点具体表现在如下方面：

1)采用有机碳源处理原材料后，合成LiMnPO₄样品的烧结温度明显降低，也就是说降低了材料合成的能耗，从而降低了合成成本。

2)用这种方法制备出的LiMnPO₄在常温常压0.05C的放电倍率下放电比容量分别为：158mAh.g^-1，达到理论容量的92.9％。材料具有高比容量和优良的放电性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中3号样品的XRD图谱。

图2为本发明实施例1中3号样品的SEM图。

图3为本发明实施例1中3号样品的充放电曲线图。

具体实施方式

实施例1：

将MnCO₃、LiCHO₂、NH₄H₂PO₄和C₂H₂O₄.2H₂O，按物质的量的比1∶1∶1∶1混合均匀，并机械活化10h；然后装入管式炉中，在氩气气氛下，温度分别在300℃、500℃、600℃、700℃恒温12h。其中炉子升温速率控制在20℃/min，降温速率控制在5℃/min。所得的材料经X射线衍射分析为橄榄石结构，空间群为Pnmb，即为LiMnPO4的结构。将所得到的产物组装成扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在0.05C倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环30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：