[發明專利]一種堿土金屬離子摻雜的硅錳酸基鋰/碳復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710818746.7
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107546386B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 韋偉峰;馮伊銘;冀然;丁正平
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種硅錳酸基鋰/碳復合材料，其特征在于：化學式通式為Li₂Mn_1-xM_xSiO₄/C，其0＜x≤0.10，M選自Mg、Ca、Sr或Ba中的一種，正交晶系，為Pmn2₁空間群；復合材料為2～50nm納米棒狀或納米片狀；碳占材料總質量的10％～20％；材料在高分辨透射電子顯微鏡下顯示有[001]帶軸斑點；材料由以下方法制得，由錳鹽和堿土金屬M的二價鹽溶于有機溶劑2中得到B溶液，由水溶性堿性鋰鹽和硅酸四乙酯溶于有機溶劑1中得到A溶液，在堿性條件下將B溶液滴加至A溶液中，于2～10Mpa壓力、180～250℃溫度下反應12～120小時得堿土金屬陽離子M摻雜的硅酸錳基鋰材料，再加入含碳源的有機溶液中得到前驅體，于真空氣氛下固化處理后再于600～800℃下熱處理；顆粒表面的鋰元素和硅元素濃度分別高于顆粒內部的相應元素的濃度；顆粒表面的錳元素和堿土金屬元素M濃度分別低于顆粒內部的相應元素的濃度。

2.如權利要求1所述的一種硅錳酸基鋰/碳復合材料，其特征在于：所述復合材料的晶胞參數的b軸為a軸為

3.如權利要求1所述的一種硅錳酸基鋰/碳復合材料，其特征在于：所述復合材料的晶胞參數的c軸為

4.一種制備如權利要求1～3之一所述的硅錳酸基鋰/碳復合材料的方法，其特征在于：包括以下步驟，

(Ⅰ)在20～60℃下，水溶性堿性鋰鹽與有機溶劑1混合至鋰鹽完全溶解后，加入一定濃度的NaOH溶液，將體系的pH值調節至10～14，再向體系中加入一定量的硅酸四乙酯，至其完全溶解，體系中鋰鹽與硅元素的摩爾比為(2～10)：1，得到溶液A；按化學式的摩爾比將錳鹽和金屬M的二價鹽加入至有機溶劑2中，其中金屬M為Mg、Ca、Sr或Ba中的一種，混合至體系澄清，得到溶液B；所述有機溶劑1和有機溶劑2是一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、三縮四乙二醇、甲醇、乙醇或乙二醇的一種或多種；

(Ⅱ)將溶液B滴加至溶液A中，得到的混合溶液，保持其pH值為10～14，并置于2～10Mpa壓力，180～250℃溫度下反應12～120小時，得到堿土金屬陽離子M摻雜的硅酸錳基鋰材料；

(Ⅲ)在20～60℃下，將一定量的有機介質3加入到溶劑4中，至其完全溶解，有機介質為3葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、聚苯胺、多巴胺、PEG-4000或酚醛樹脂溶液的一種或多鐘，溶劑4是甲醇、乙醇或水的一種或多種；隨后加入步驟(Ⅱ)所制得的硅酸錳基鋰材料，在60～120℃下處理得到前驅體，前驅體經粉碎之后，于真空氣氛下100～150℃下固化處理12～36小時；

(Ⅳ)步驟(Ⅲ)中制備的材料在充分研磨粉碎后置于真空氣氛下600～800℃下熱處理3～12小時，制得元素濃度梯度分布的硅酸錳基鋰/碳復合材料。

5.如權利要求4所述的制備硅錳酸基鋰/碳復合材料的方法，其特征在于：步驟(Ⅰ)中金屬M的二價鹽為氯化鹽、硫酸鹽、硝酸鹽或醋酸鹽的一種。

6.如權利要求4所述的制備硅錳酸基鋰/碳復合材料的方法，其特征在于：步驟(Ⅳ)中的熱處理溫度為600℃，熱處理時間為3小時。