[发明专利]用金属片作为基底的硅酸锰锂/碳复合纳米材料的制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池

说明书

本专利公开了一种用金属片作为基底的硅酸锰锂/碳复合纳米材料的制备方法及其在锂离子电池中的应用，通过模板法首先得到Li₂MnSiO₄/C反蛋白石结构，在进行包裹、填充、二次煅烧得到了金属片上该Li₂MnSiO₄/C材料小球嵌入的Li₂MnSiO₄/C复合纳米材料，应用于锂离子电池正极极材料。本发明针对三维多孔结构负载量低的缺陷，提供了一种工艺简单、产率高、成本低的复合材料制备方法，能量密度高、循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，具体涉及一种用金属片作为基底的硅酸锰锂/碳复合纳米材料的制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池做为能量存储的重要器件具有体积小、质量轻、比能量高、高安全性、环保性好等优点，新能源领域占据着不可替代的重要位置，近年来得到快速发展。锂离子电池正极材料是影响电池性能和成本的最重要因素，目前得到商业应用较广泛的正极材料主要是LiCoO₂，但钴市售价格高昂，且钴污染环境，不利于环境的可持续发展。因此，需要迫切开发出廉价又无污染的新材料来替代LiCoO₂。

1997年研究者首次报道了具有橄榄石结构的磷酸盐化合物LiFePO₄，其循环性能好，安全廉价并且环境友好，现今已进入实际应用，但其相对较低的理论容量(170mAh g^-1)和电压(3.4V)仍难以满足高效率动力电池的要求。近年来，与LiFePO₄同样结构的Li₂MSiO₄(M＝Fe，Co，Ni，Mn)系列逐渐引起了人们的极大兴趣。在这一系列中，Li₂MnSiO₄的理论电压平台在4.1V左右，理论上可以从分子中脱出Li，容量可高达333mAh g^-1。依据理论容量、价格、资源等综合优势而被认为是最具发展前景的一种绿色电极材料。

但Li₂MnSiO₄材料也存在不足，其电子和离子电导率都很低，导致其电化学性能较差。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用金属片作为基底的硅酸锰锂/碳复合纳米材料的制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池，通过模板法首先得到Li₂MnSiO₄/C反蛋白石结构，再进行包裹、填充、二次煅烧得到了Li₂MnSiO₄/C材料小球嵌入的Li₂MnSiO₄/C复合纳米材料，应用于锂离子电池正极极材料。本发明针对三维多孔结构负载量低的缺陷，提供了一种工艺简单、产率高、成本低的复合材料制备方法，复合材料能量密度高、循环稳定性好。

本发明采用的技术方案是：

一种用金属片作为基底的硅酸锰锂/碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将金属基底放入聚苯乙烯微球悬浮液中，加热反应，固化，得到表面生长有PSopal的金属基底；聚苯乙烯微球英文简称为PS opal；金属基底厚度为0.2毫米；

所述金属基底选自钨片、镍片、钛片中的一种，优选钨片或钛片；

所述PS opal溶液的质量百分浓度为0.05～0.18％，优选0.07～0.14％；

所述反应的温度为50～70℃，优选57～65℃；反应的时间为4～36小时，优选6～24小时；

所述固化的温度为90～120℃，优选95～105℃；固化的时间为0.5～4小时，优选2～3小时；