[發(fā)明專利]溶膠-凝膠法制備鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110410835.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102530907A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘勝奎;徐悅斌;姜吉瓊;王友;李偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B25/45
• 分類號(hào): C01B25/45
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溶膠-凝膠法制備鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的方法。?

背景技術(shù)

鋰離子電池被認(rèn)為是目前最佳的綠色環(huán)保理想電源，受到科技及工業(yè)界高度重視，并得到廣泛應(yīng)用。LiMnPO₄作為極具潛力的鋰離子電池正極材料，具有較高電勢(shì)，其相對(duì)于Li⁺/Li的電極電勢(shì)為4.1V，正好未與現(xiàn)有電解液體系的穩(wěn)定電化學(xué)窗口。這種材料具有潛在的高能密度，而且原料豐富、成本低、對(duì)環(huán)境友好。?

LiMnPO₄主要制備方法有固相法、碳熱還原法、水熱法和溶膠-凝膠法等，通過(guò)傳統(tǒng)的制備方法難以合成具有化學(xué)活性的LiMnPO₄。如何控制粒度大小，提高電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率成為L(zhǎng)iMnPO₄研究的主要方向。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種溶膠-凝膠法制備鋰離子電池正極材料LiMnPO₄的方法。溶膠-凝膠法可以在溶膠步驟將原料混合到分子級(jí)，降低煅燒溫度，有機(jī)物在預(yù)處理階段分解生成碳并均勻地分散于前驅(qū)體中，有效抑制樣品晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大，使得樣品的粒徑分布均勻、細(xì)小、電導(dǎo)率提高、成本降低，從而提高了樣品的電化學(xué)性能。?

本發(fā)明的具體步驟為：?

將摩爾比分別為1.9-2.1∶1.9-2.1∶0.95-1.1∶1.9-2.1錳鹽、鋰鹽、螯合劑和磷酸鹽溶于水后混合均勻，加入聚乙二醇(PEG)，用質(zhì)量百分比濃度為15％的氨水調(diào)節(jié)pH在9-11，攪拌至粘稠，干燥后將其在非氧化性氣氛下于400℃-600℃燒結(jié)5-15小時(shí)，冷卻得到磷酸錳鋰；?

所述錳鹽為硫酸錳、硝酸錳和醋酸錳中的一種；?

所述鋰鹽為氫氧化鋰、硝酸鋰和醋酸鋰中的一種；?

所述螯合劑為草酸、水楊酸和檸檬酸中的一種；?

所述磷酸鹽為磷酸二氫銨，磷酸氫二銨和磷酸銨中的一種；?

所述聚乙二醇(PEG)為PEG-400、PEG-1000、PEG-2000和PEG-10000中的一種；?

所述非氧化性氣氛為氬氣，氮?dú)夂蜌錃庵械囊环N；?

本發(fā)明簡(jiǎn)化了合成工藝，可以有效地抑制磷酸錳鋰晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大，使所合成材料粒徑分布均勻、細(xì)小、電導(dǎo)率提高；合成溫度400℃-600℃之間可調(diào)，?可得到不同粒度的材料；煅燒時(shí)間5-15小時(shí)，可得到不同粒度的材料；方法簡(jiǎn)單方便、易于控制；磷酸錳鋰的充放電性能和循環(huán)性能提高，降低了成本。?

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的2號(hào)樣品LiMnPO₄的XRD圖。?

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的2號(hào)樣品LiMnPO₄的SEM圖。?

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的2號(hào)樣品LiMnPO₄的首次充放電曲線。?

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：?

將0.19mol醋酸錳和0.21mol醋酸鋰、0.105mol檸檬酸和0.21mol磷酸二氫氨溶于水后混合均勻，加入PEG-400，用15％的氨水調(diào)節(jié)pH至10，攪拌至粘稠，干燥后在氬氣氣氛下分別于400℃、500℃、600℃煅燒10小時(shí)，冷卻后即為L(zhǎng)iMnPO₄。所得到的產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析，表明均為L(zhǎng)iMnPO₄，沒(méi)任何雜相，通過(guò)SEM可得到產(chǎn)物的粒徑在0.1μm左右。將所得到的產(chǎn)物組裝成實(shí)驗(yàn)扣式電池測(cè)其充放電比容量和循環(huán)性能，在0.05C的倍率下進(jìn)行充放電，其首次放電容量和循環(huán)30次后放電容量見(jiàn)表1。?

表1??實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果?

實(shí)施例2：?

將0.20mol硫酸錳和0.20mol氫氧化鋰、0.10mol草酸和0.20mol磷酸氫二氨溶于水后混合均勻，加入PEG-10000，用15％的氨水調(diào)節(jié)pH至9，攪拌至粘稠，干燥后在氮?dú)鈿夥障掠?00℃燒結(jié)5、10和15h，冷卻后即為L(zhǎng)iMnPO₄。所得到的產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射分析，表明均為L(zhǎng)iMnPO₄，沒(méi)任何雜相，通過(guò)SEM可得到產(chǎn)物的粒徑在0.1μm左右。將所得到的產(chǎn)物組裝成實(shí)驗(yàn)扣式電池測(cè)其充放電比容量和循環(huán)性能，在0.05C的倍率下進(jìn)行充放電，其首次放電容量和循環(huán)30次后放電容量見(jiàn)表2。?

表2??實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果?