[发明专利]LiMnPO4/C复合纳米纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明属于储能材料领域，具体为一种锂离子电池正极材料LiMnPO₄/C复合纳米纤维的制备方法。本发明制备过程包括：以无水醋酸锂(CH₃COOLi)、四水醋酸锰(Mn(CH₃COO)₂·4H₂O)、五氧化二磷(P₂O₅)为合成原料，以聚合物为碳源，以乙醇为溶剂，通过静电纺丝和高温碳化法制备得到LiMnPO₄/C复合纳米纤维材料。本发明所制备的LiMnPO₄/C纳米纤维复合材料具有比容量高，工作电压高、倍率性能好、循环稳定性好等优点；本发明制备的LiMnPO₄/C复合纳米纤维材料形貌可控，LiMnPO₄纳米颗粒均匀分布在聚合物热解原位生成的多孔碳纳米纤维中，形成均一的三维导电网络结构。本发明制备工艺简单，合成条件较易控制，适合工业化生产，可作为理想的高性能锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于储能材料领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料LiMnPO₄/C复合纳米纤维的制备方法。

背景技术

随着能源问题的日趋严峻，在过去半个世纪内，由于具有工作电压高、稳定性好、比能量高、无污染和工作温度范围宽等优点，锂离子二次电池已经成为各种便捷式电子产品的理想电源。锂离子电池的安全性能和倍率性能很大程度上取决于正极材料，当前正极材料的研究滞后于其他电池材料，因此提高锂离子电池的性能关键在于提高正极材料的性能。作为锂离子电池正极材料，橄榄石结构LiMnPO₄材料具有低成本、工作电压高、环境友好、比容量大、结构稳定等优点而备受关注。然而此材料的电子电导率和离子电导率较低，导致其实际容量较低、倍率性能较差，限制了其实际应用。针对这两个问题，研究者们主要围绕以下三个目标进行改进：1、将材料纳米化或构建特殊的形貌，缩短电子与锂离子的扩散路径，同时增大材料与电解液的接触面积；2、在材料中建立导电网络或改善材料自身的电子电导率；3、改善材料的锂离子扩散率或设法利用材料晶体结构中固有的快离子通道。碳纳米纤维拥有优异的物理化学性能，如较高的导电性、高的比表面积和良好的化学稳定性等，在催化剂载体、高分子纳米复合材料、能量转换与储存器件等领域有广泛应用。静电纺丝是一种简单而有效地制备纳米纤维的技术，利用静电纺丝方法可以制备具有独特网状结构的非织造纤维材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料LiMnPO₄/C复合纳米纤维的制备方法，其制备工艺简单，合成条件较易控制，适合工业化生产；制得的LiMnPO₄/C复合纳米纤维具有优异的比容量、倍率性能和循环稳定性，是一种很有应用前景的锂离子电池正极材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池正极材料LiMnPO₄/C复合纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将CH₃COOLi、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、P₂O₅加入到乙醇溶剂中，加热搅拌得到灰色悬浮液，然后将聚合物加入到上述灰色悬浮液中，加热搅拌使之完全溶解，制备得到均一的前驱物分散液；

步骤2：将步骤1得到的前驱物分散液进行静电纺丝，得到前驱物复合纳米纤维膜；

步骤3：将步骤2得到的前驱物复合纳米纤维膜置于管式炉中，在氮气或惰性气体保护下高温碳化，制备得到LiMnPO₄/C复合纳米纤维。

优选地，所述步骤1中CH₃COOLi、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、P₂O₅的摩尔比为2:2:1。