[發明專利]碳包覆硅酸錳鋰復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710490860.1
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107359325A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 李義;李雪華;于開鋒;曹興剛;王中書;鄒康迪
• 申請（專利權）人: 吉林大學;深圳市朗能電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 生啟

技術領域

本發明涉及一種碳包覆硅酸錳鋰復合材料的制備方法。

背景技術

隨著經濟的發展和生活水平的提高，能源問題和環境污染問題日益嚴重，新型無污染能源的開發和應用迫在眉睫。鋰離子電池作為新一代的綠色高能蓄電池，自上世紀九十年代問世以來，由于其具有工作電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應等突出特點，被廣泛應用于筆記本電腦、手機、數碼相機、數碼攝像機、ipad等便攜式電子產品，也將在混合動力汽車和動力汽車領域得到廣泛應用，已經成為最具競爭力的二次電池。

鋰離子電池的結構包括：正極材料、負極材料、隔膜以及電解液等，其中，正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一。在鋰離子充放電過程中，不僅要提供正負極嵌鋰化合物往復嵌脫所需要的鋰，而且還要負擔負極材料表面形成SEI膜所需的鋰，故正極材料的性能在很大程度上影響著電池的性能，并直接決定著電池成本的高低。因此，可以通過提高正極材料的性能來提高鋰離子電池的電化學性能，并通過降低正極材料的生產成本來降低鋰離子電池的成本。

目前商用的正極材料以LiCoO₂為主，但是，其理論容量僅為147mAh/g，很難滿足動力電池對高容量的需求，而且由于LiCoO₂中鈷的資源短缺，價格昂貴，具有毒性，對環境有一定污染，因此不能適應大型動力電池的要求。LiMn₂O₄雖然成本低廉，但其理論容量也僅為148mAh/g，循環性能差，安全性也較差，無法滿足日益增長的市場需求。因此，開發比容量高、熱穩定性好、價格低廉、安全性好的正極材料是進一拓寬鋰離子電池應用領域并實現可持續發展的關鍵。

2006年，R.Dominko及其研究小組(Structure and electrochemical performance of Li₂MnSiO₄ and Li₂FeSiO₄ as potential Li-battery cathode materials[J].Electrochemistry Communications,2006,8(2):217-222)采用改進的溶膠-凝膠法，首次合成了一種硅酸鹽類聚陰離子型鋰離子電池正極材料——Li₂MnSiO₄正極材料，得到較為理想的電化學性能。硅酸錳鋰具有極高的理論容量(333mAh/g)并兼具原料易得、生產成本低、循環電壓可接受等優點，被認為是非常有潛力的鋰離子正極材料候選材料。在Li₂MnSiO₄中存在兩個氧化還原電對Mn³⁺/Mn²⁺和Mn⁴⁺/Mn³⁺，分別對應于兩個放電平臺4.1V和4.5V，使得它比其他硅酸鹽類材料更容易獲得兩個鋰離子的嵌入及脫出。

然而，Li₂MnSiO₄存在電子導電率差等缺點從而制約了其應用。使用碳包覆硅酸錳鋰能夠有效提高硅酸錳鋰的導電性和電化學循環性能。然而現有的碳包覆硅酸錳鋰在制備時通常采用水熱法，且制備過程使用大量的溶劑，在除去溶劑的過程中，需要耗費大量的能耗，且溶劑污染較大，不環保。

發明內容

基于此，有必要提供一種能避免使用溶劑而較為環保的碳包覆硅酸錳鋰復合材料的制備方法。

一種碳包覆硅酸錳鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：

依照化學式Li₂MnSiO₄中各元素配比稱取鋰源、錳源及硅源并混合均勻得到混合物，所述硅源為硅炭黑；

將所述混合物研磨1小時～2小時得到預產物；及

在保護性氣體氛圍下，將所述預產物在700℃～900℃下煅燒7小時～10小時得到所述碳包覆硅酸錳鋰復合材料。

上述碳包覆硅酸錳鋰復合材料的制備方法，使用硅炭黑作為硅源，成本低廉；通過將鋰源、錳源及硅源并混合均勻得到混合物研磨均勻后進行煅燒即可得到碳包覆硅酸錳鋰復合材料，無需使用溶劑，較為環保。硅碳黑作為硅源和碳源，這些碳均勻的分布在二氧化硅之間，在煅燒過程中，可以有效的抑制硅酸錳鋰的生長，從而減小顆粒尺寸。

在其中一個實施例中，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰及乙酸鋰中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述錳源選自碳酸錳及乙酸錳中的至少一種。