[發明專利]一種鋰離子電池正極材料Li2Mn1?xMgxSiO4/C及其制備方法

在審

• 申請號: 201710164236.2
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106848253A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 劉興泉;劉珊珊;趙紅遠;王震偉;蔡宇;譚銘;張美玲;舒小會
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;C01G45/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 甘茂

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及鋰離子電池正極材料及其制備方法，具體為鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C及其制備方法，其中0≤x≤0.1。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、無記憶效應等優點，在各種電子產品和便攜式設備中得到了廣泛的應用。傳統的鋰離子電池正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷兩元或者鎳鈷錳三元等，其研究已經趨于成熟，但存在的瓶頸問題：比容量較低、能量密度低、資源有限、對環境有污染、安全性不佳等仍然難以克服。為了追求廉價高比能的新型正極材料，聚陰離子型化合物如磷酸鹽LiMPO₄(M＝Fe,Mn,Ni,…)和硅酸鹽Li₂MSiO₄(M＝Fe,Mn,Ni,…)成為了研究的重點。在正硅酸鹽類的正極材料中，Li₂MnSiO₄不僅具有原料易得、成本低廉、安全性能好、無污染等優點，并且其理論比容量可高達334mAh/g，遠遠高于橄欖石型LiFe PO₄的理論比容量170mAh/g，因此引起了國內外研究者廣泛的關注。但是，目前合成的Li₂MnSiO₄正極材料實際比容量遠遠低于理論比容量，并且在循環過程中容量衰減較快。其主要原因是不同方法合成的Li₂MnSiO₄材料存在雜質相，材料本身的電子導電率低，充放電過程中極化嚴重，結構發生不可逆變化。這些缺陷會導致材料容量衰減較快，循環性能較差，因此必須對材料進行改性。

發明內容

本發明的目的在于針對鋰離子電池正極材料硅酸錳鋰(Li₂MnSiO₄)電化學性能差的缺點，提供一種陽離子體相摻雜及碳復合改性的鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C及其制備方法，其中0≤x≤0.1；其中，碳復合能夠提高材料的電子導電性，陽離子體相摻雜能夠穩定材料的結構提高材料的循環穩定性能，顯著提升材料的放電比容量與循環穩定性能；同時，本發明采用溶膠凝膠法制備Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C材料，制備得產品結晶品質優良、化學均勻性好、顆粒細小、純度高。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料的分子表達式為Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C，其中0≤x≤0.1。

上述鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.將鋰源原料、錳源原料和鎂源原料按摩爾比Li:Mn:Mg＝2:1-x:x溶解于適量去離子水中，得到溶液a；

步驟2.將摩爾比例量為檸檬酸：金屬離子總量＝(0.1～1.0):1的檸檬酸溶于去離子水中，記為溶液b；

步驟3.將溶液b以5.0mL/min的速度加入到溶液a中，攪拌均勻，得到混合溶液；

步驟4.向步驟3所得混合溶液中逐滴滴加摩爾比例量為Li/Si為(2～2.05):1的硅源溶液c；

步驟5.將步驟4所得的混合溶液轉移到單晶燒瓶中，水浴溫度為50～85℃，反應12～24h后取出，烘干得到干凝膠；

步驟6.將步驟5所得的干凝膠，以無水乙醇為分散劑，球磨6-10h后取出烘干；

步驟7.將步驟6所得混合物研磨均勻后在管式爐中于氬氣氣氛下以1～10℃/min升溫至600～820℃燒結6～20h，自然降溫后將產物研磨，即制得鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xMg_xSiO₄/C。

步驟4中，所述鋰源原料、錳源原料、鎂源原料、硅源原料的摩爾比為Li:Mn:Mg:Si＝(2～2.05):(1-x):x:1。