[發明專利]一種硅酸錳鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210146626.4
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102646829A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 孫化雨;史松君
• 申請（專利權）人: 協鑫動力新材料（鹽城）有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，尤其是涉及一種鋰離子電池用硅酸錳鋰（Li₂MnSiO₄）正極材料的制備方法。

背景技術

Li₂MnSiO₄作為新型鋰離子電池正極材料，具有理論比容量高、結構穩定、循環性能優良、價格低廉且環境友好等優點，被認為是未來極具競爭力的鋰離子電池正極材料，并有望廣泛應用于鋰離子動力電池。其傳統的制備方法主要有高溫固相法、溶膠-凝膠法和水熱法等，但這些方法存在合成溫度高、周期長、或材料純度不高及結晶度不好的問題。2010年T.Muraliganth等采用微波-溶劑熱法在300℃、30bar壓強下合成出Li₂MnSiO₄材料（Microwave-Solvothermal?Synthesis?of?Nanostructured?Li₂MSiO₄/C(M=Mn?and?Fe)Cathodes?for?Lithium-Ion?Batteries[J].Chem.Mater.,2010,22(20),5754–5761），但結晶度較差，需進行二次燒結；最近，Devaraju?M.Kempaiah等采用苛刻條件下溶劑熱法（反應溫度300℃/壓強38MPa）合成出高純度、結晶度好的Li₂MnSiO₄材料（Controlled?synthesis?of?nanocrystalline?Li2MnSiO4?particles?for?high?capacity?cathode?application?in?lithium-ion?batteries[J]Chem.Commun.,2012,48,2698–2700），但該方法存在反應條件苛刻、難以控制和重現性差等問題。

發明內容

本發明針對現有技術中的合成方法難以制備出純度高、結晶度好的硅酸錳鋰材料的技術不足，提供了一種在150~220℃的溫和條件下，通過溶劑熱法制備硅酸錳鋰正極材料的方法。

本發明提供一種鋰離子電池用硅酸錳鋰（Li₂MnSiO₄）正極材料的制備方法，具體步驟如下：

1）在有機溶劑或有機溶劑和水的混合溶液中加入錳鹽、鋰鹽和作為反應的硅源的納米級二氧化硅或正硅酸乙酯；

2）在步驟1）所得溶液中加入有機酸或有機胺作為pH值調節劑；

3）將步驟2）所得溶液進行溶劑熱反應，所得產物進行洗滌、過濾、干燥即得到硅酸錳鋰材料。

優選的，所述步驟1）中各原料的加料順序為，先加入錳鹽，再加入鋰鹽，再加入二氧化硅或正硅酸乙酯，各原料加入后都應對溶液充分攪拌并且混合均勻。

優選的，所述步驟1）中的有機溶劑為乙醇或乙二醇，有機溶劑和水的混合溶液為乙醇和水的混合溶液或乙二醇和水的混合溶液。

優選的，所述有機溶劑與水的混合體積比為：8-10:1。

優選的，所述步驟1）中錳鹽、鋰鹽和硅源的配比按Mn元素、Li元素和Si元素的摩爾比計算，Mn元素、Li元素和Si元素的摩爾比為：0.7-1.3：1.4-2.6：0.7-1.3。

優選的，所述步驟1）中Mn元素、Li元素和Si元素的摩爾比為：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1。

優選的，本領域技術人員根據公知技術可以自行判斷所述有機溶劑、有機溶劑和水的混合溶液的使用量。

優選的，所述有機溶劑的體積（ml）與所述硅源、錳鹽、鋰鹽重量之和（g）的比值為10：8-14。

優選的，有機溶劑和水的混合溶液的體積（ml）與所述硅源、錳鹽、鋰鹽重量之和（g）的比值為10：8-14。

優選的，所述步驟1）中錳鹽為氯化錳、醋酸錳、碳酸錳或硫酸錳中的一種或一種以上的混合物。

優選的，所述步驟1）中鋰鹽為氫氧化鋰。

優選的，所述步驟2）中有機酸為甲酸、乙酸、檸檬酸或草酸中的一種或一種以上的混合物。

優選的，所述步驟2）中有機胺為乙二胺。

優選的，所述步驟3）中的溶劑熱反應的反應溫度為150~220℃，反應時間為10~48小時。

優選的，所述步驟3）中干燥溫度為90~150℃。

優選的，所述步驟2）所得的溶液的pH值=9-12。

所述干燥步驟的溫度高、時間長有利于充分除去材料中的吸附溶劑。