[发明专利]一种锂离子电池正极材料Li2Mn1‑xMgxSiO4/C及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C及其制备方法，其中0≤x≤0.1。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、无记忆效应等优点，在各种电子产品和便携式设备中得到了广泛的应用。传统的锂离子电池正极材料如钴酸锂、锰酸锂、镍钴两元或者镍钴锰三元等，其研究已经趋于成熟，但存在的瓶颈问题：比容量较低、能量密度低、资源有限、对环境有污染、安全性不佳等仍然难以克服。为了追求廉价高比能的新型正极材料，聚阴离子型化合物如磷酸盐LiMPO₄(M＝Fe,Mn,Ni,…)和硅酸盐Li₂MSiO₄(M＝Fe,Mn,Ni,…)成为了研究的重点。在正硅酸盐类的正极材料中，Li₂MnSiO₄不仅具有原料易得、成本低廉、安全性能好、无污染等优点，并且其理论比容量可高达334mAh/g，远远高于橄榄石型LiFe PO₄的理论比容量170mAh/g，因此引起了国内外研究者广泛的关注。但是，目前合成的Li₂MnSiO₄正极材料实际比容量远远低于理论比容量，并且在循环过程中容量衰减较快。其主要原因是不同方法合成的Li₂MnSiO₄材料存在杂质相，材料本身的电子导电率低，充放电过程中极化严重，结构发生不可逆变化。这些缺陷会导致材料容量衰减较快，循环性能较差，因此必须对材料进行改性。

发明内容

本发明的目的在于针对锂离子电池正极材料硅酸锰锂(Li₂MnSiO₄)电化学性能差的缺点，提供一种阳离子体相掺杂及碳复合改性的锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C及其制备方法，其中0≤x≤0.1；其中，碳复合能够提高材料的电子导电性，阳离子体相掺杂能够稳定材料的结构提高材料的循环稳定性能，显著提升材料的放电比容量与循环稳定性能；同时，本发明采用溶胶凝胶法制备Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C材料，制备得产品结晶品质优良、化学均匀性好、颗粒细小、纯度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的分子表达式为Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C，其中0≤x≤0.1。

上述锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将锂源原料、锰源原料和镁源原料按摩尔比Li:Mn:Mg＝2:1-x:x溶解于适量去离子水中，得到溶液a；

步骤2.将摩尔比例量为柠檬酸：金属离子总量＝(0.1～1.0):1的柠檬酸溶于去离子水中，记为溶液b；

步骤3.将溶液b以5.0mL/min的速度加入到溶液a中，搅拌均匀，得到混合溶液；

步骤4.向步骤3所得混合溶液中逐滴滴加摩尔比例量为Li/Si为(2～2.05):1的硅源溶液c；

步骤5.将步骤4所得的混合溶液转移到单晶烧瓶中，水浴温度为50～85℃，反应12～24h后取出，烘干得到干凝胶；

步骤6.将步骤5所得的干凝胶，以无水乙醇为分散剂，球磨6-10h后取出烘干；

步骤7.将步骤6所得混合物研磨均匀后在管式炉中于氩气气氛下以1～10℃/min升温至600～820℃烧结6～20h，自然降温后将产物研磨，即制得锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C。

步骤4中，所述锂源原料、锰源原料、镁源原料、硅源原料的摩尔比为Li:Mn:Mg:Si＝(2～2.05):(1-x):x:1。