[发明专利]一种正极材料氟硅酸锰锂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型正极材料氟硅酸锰锂及其水热制备方法，所述的氟硅酸锰锂化学式为Li₃MnSiO₄F，水热制备方法为：（1）称取一定量的锂源、锰源和硅源化合物加入去离子水中混合分散，将一定量的氟源化合物加入上述溶液，持续搅拌一段时间，转移至高压反应釜，在一定温度下密闭水热反应一段时间，自然冷却后取出干燥研磨后得前驱体；（2）将上述前驱体置于加热装置中，在保护气气氛下加热至一定温度进行恒温热处理，得目标产物Li₃MnSiO₄F材料。本发明获得的Li₃MnSiO₄F材料相比Li₂MnSiO₄材料具有更高的充放电平台和放电容量，同时本发明方法一次性加入物料，工艺操作简单，产品纯度高，过程控制和产品性能都具有很好的重现性，有利于材料的大规模生产及推广和应用。

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料制备技术领域，尤其涉及一种新型正极材料氟硅酸锰锂及其制备方法。

背景技术

锂电池作为一种高效的储能装置，因其具有能量密度高、电压平台高、充放电寿命长、自放电率低、环境污染小等优点，目前在各种便携式电子产品、通讯工具、交通工具以及航空航天领域中得到了广泛的应用。因此，锂电池的研究和开发工作是十分有意义的。锂电池主要由正负极材料、电解质溶液和隔离材料几部分组成，其中，正极材料是其最重要的组成部分之一，因此高性能正极材料的研发对于锂电池的发展及应用是至关重要的。

氟代聚阴离子型正极材料，是近些年研究的热点，其特点是将聚阴离子的强诱导效应与氟离子的强电负性相结合，使得材料本身的氧化还原电位和结构稳定性均得到提高。此外，由于氟代引入了一个负电荷，考虑到电荷平衡，在氟代聚阴离子中有望通过M²⁺/M⁴⁺氧化还原对的利用实现超过一个锂的可逆交换，故其电化学性能相比于未引入氟元素之前有明显改善，可以获得更高的放电比容量。例如，Li₂CoPO₄F是近年来新兴的氟代聚阴离子型正极材料。2005年，Okada等人（Fluoride phosphate Li₂CoPO₄F as a high-voltagecathode in Li-ion batteries，Journal of Power Sources，146（2005）565-569）在LiCoPO₄材料的基础上，首先报道合成了具有5V高电压的氟代磷酸盐正极材料Li₂CoPO₄F的结构和电化学性质，由于含有两个Li⁺，其理论容量能达到287mAh/g，能量密度可达到1435Wh/kg。但是目前氟代聚阴离子型正极材料Li_aMYO_bF（M=Mn，Fe，Co，V等；Y=Si，P，B等）领域内的研究很有限，尚有很大的发展空间。本发明提出的Li₃MnSiO₄F材料是一种很有潜力的具有高能量密度的锂电池正极材料，对它的开发和研究工作也是十分有意义的。