[發(fā)明專利]一種磷酸錳鋰納米橢球及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410413701.8 | 申請日： | 2014-08-21 |
| 公開（公告）號： | CN104183847A | 公開（公告）日： | 2014-12-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 徐剛;李玲玲;李峰;任召輝;劉涌;李翔;沈鴿;韓高榮 | 申請（專利權(quán)）人： | 浙江大學 |
| 主分類號： | H01M4/58 | 分類號： | H01M4/58;C01B25/45;B82Y30/00;B82Y40/00 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200 | 代理人： | 韓介梅 |
| 地址： | 310027 浙*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 磷酸 納米 橢球 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種磷酸錳鋰納米材料及其制備方法，尤其涉及一種磷酸錳鋰納米橢球及其制備方法。?
背景技術(shù)
鋰離子電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛應用，并被逐步開發(fā)為電動汽車的動力電源，從而推動其向安全、環(huán)保、低成本及高比能量的方向發(fā)展。其中，新型電極材料特別是正極材料的研制極為關(guān)鍵。目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料集中于鋰的過渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2(M=Co，Ni，Mn)和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4。但作為正極材料它們各有缺點，LiCoO2成本高，資源貧乏，毒性大；鎳酸鋰(LiNiO2)制備困難，熱穩(wěn)定性差；LiMn2O4容量較低，循環(huán)穩(wěn)定性尤其是高溫性能較差。為了解決以上材料的缺陷，研究者們做了大量的工作，在對以上正極材料進行各種改性同時，新型正極材料的開發(fā)一直也是關(guān)注的重點。研究發(fā)現(xiàn)，磷酸錳鋰材料工作電壓適中(4.1V)，理論容量高171mAh／g，循環(huán)性能好，成本很低，而且其能量密度比磷酸鐵鋰高34%，它的高能量密度和高安全性能使其在動力鋰離子電池中具有突出應用前景，不足之處是它的導電性差和鋰離子擴散速度慢，這和磷酸錳鋰正極材料的微觀形貌有著極大的關(guān)聯(lián)。目前磷酸錳鋰正極材料基本都是高溫固相法合成，微觀形貌為塊狀。水熱、溶劑熱及溶膠凝膠等濕化學方法制備的磷酸錳鋰微觀形貌多為單晶的菱型塊狀或片狀顆粒，尚未見橢球狀的磷酸錳鋰報道。?
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分散性良好且制備工藝簡單的磷酸錳鋰納米橢球及其制備方法。?
本發(fā)明的磷酸錳里納米橢球是由直徑3~6納米的磷酸錳鋰單晶顆粒構(gòu)成的類單晶，納米橢球的長徑為0.8~2.8微米，短徑為0.5~1.8微米。?
制備上述的磷酸錳鋰納米橢球的方法，步驟如下：?
1）稱取乙酸錳，溶于乙二醇，攪拌至少10分鐘后，再稱取抗壞血酸溶于上述溶液，攪拌至充分溶解，獲得乙酸錳濃度為0.4?mol/L-1.0?mol/L、抗壞血酸濃度為0.076?mol/L-0.152?mol/L的溶液A；
2）稱取磷酸、乙酸鋰溶于乙二醇，攪拌30分鐘以上，形成磷酸濃度為0.4?mol/L-1.0?mol/L、乙酸鋰濃度為0.4?mol/L-3.0?mol/L的懸浮液B；
3）將步驟2）的懸浮液B在攪拌的狀態(tài)下滴加到步驟1）的溶液A中，形成乳濁液C，使得乳濁液C中Li、Mn、P的摩爾比為1~3:1:1；
4）將步驟3）的乳濁液C轉(zhuǎn)移至高壓反應釜，加入KOH的乙二醇溶液，充分攪拌，再用乙二醇調(diào)節(jié)其體積至反應釜容積的2/3~4/5，并使KOH濃度為0.05-0.35mol/L，P的濃度為0.15?mol/L-0.375?mol/L，攪拌30分鐘以上；
5）將反應釜密閉，在160-240℃下保溫4-48小時，降至室溫，取出反應產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇或丙酮清洗，40～100℃下烘干，得到磷酸錳鋰納米橢球。
上述方法中使用的原料磷酸、乙酸錳、乙酸鋰、抗壞血酸、氫氧化鉀和溶劑乙二醇、去離子水、丙酮的純度均不低于化學純。?
本發(fā)明以乙酸錳、乙酸鋰、磷酸為反應物料，乙二醇為反應溶劑，氫氧化鉀為礦化劑，氫氧化鉀促進脫水，進而促進磷酸錳鋰的形成。通過設(shè)計礦化劑氫氧化鉀的濃度，調(diào)控熱處理過程中磷酸錳鋰的晶化和生長過程，實現(xiàn)橢球狀納米磷酸錳鋰的溶劑熱合成。本發(fā)明對溶劑熱合成產(chǎn)物的清洗是為了將反應物料引入的有機物和礦化劑KOH與合成的磷酸錳鋰充分分離，得到純相的磷酸錳鋰相。采用無水乙醇脫水和不高于100oC的烘干，是為了得到分散性良好的磷酸錳鋰納米顆粒。?
本發(fā)明產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，顆粒分散性好，有利于鋰離子擴散，提高鋰離子電池的大電流充放性能。本發(fā)明制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。?
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附圖說明
圖?1?本發(fā)明合成的磷酸錳鋰納米橢球的X射線衍射（XRD）圖譜；?
圖?2?本發(fā)明合成的磷酸錳鋰納米橢球的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片；
圖?3?本發(fā)明合成的磷酸錳鋰納米橢球的透射電子顯微鏡（TEM）圖片；
圖?4?本發(fā)明合成的磷酸錳鋰納米橢球的選區(qū)電子衍射（SAED）圖片；
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