[發明專利]一種碳包覆磷酸錳鋰納米棒的制備方法

在審

• 申請號: 201711478015.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108155368A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 裴波;胡棋威;盧北虎;劉飛;金鑫
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種碳包覆磷酸錳鋰納米棒的制備方法，先向盛有蒸餾水的燒杯中加入MnSO₄·H₂O、H₃PO₄、LiOH?H₂O、表面活性劑和抗壞血酸，攪拌一段時間后，轉移至高壓反應釜中，密閉反應一段時間，待自然冷卻后洗滌，干燥后得到前驅體A，將碳源溶于蒸餾水中，加入前驅體A，形成漿液B，將漿液B超聲攪拌，然后干燥得到混合物C，將混合物C研磨均勻后，采用分段煅燒的模式在氮氣條件下煅燒，即得到所述碳包覆磷酸錳鋰納米棒；本發明制備方法工藝簡單、易于實現，而且成本適中，還有利于縮短鋰離子擴散路徑、增強電極反應，從而提高鋰離子電池正極材料的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子技術及新材料合成領域，具體涉及一種鋰離子電池用碳包覆磷酸錳鋰納米棒正極材料的制備方法。

背景技術

近些年來，人們開始越來越關注更高性能和價格便宜的可充電鋰離子電池在電子設備上的應用。自從1997年橄欖石型磷酸鹽LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)被首次報道可以作為鋰離子電池正極材料以來，磷酸錳鋰（LiMnPO₄）由于其價格低廉、環境友好、無毒、循環性能良好、高的理論比容量(170 mAh g^-1)和充放電平臺等優點而被廣泛研究。但是，在LiMnPO₄晶體結構中，因為導電性能良好的FeO₆八面體被近乎絕緣的PO₄^3-分離，降低了LiMnPO₄的導電性，氧原子三維方向的六方最緊密堆積限制了Li⁺的擴散。因此，低的電導率和慢的鋰離子擴散限制了LiMnPO₄正極材料的倍率性能―大功率應用的一個重要參數。

基于此，近年來很多研究學者致力于克服這些問題，做了如下三方面的工作：提高表面的電導率（通過導電劑包覆）；增加鋰離子的電導率（通過金屬陽離子摻雜）和縮短鋰離子的傳輸路徑（通過降低材料的粒子尺寸）。

Isam等報道在正交晶系、Pnma空間群中，鋰離子優先選擇沿著b軸方向擴散，而不是a軸和c軸方向擴散，因為鋰離子沿著b軸方向擴散具有最小的遷移能。Gaberscek等采用一個理論模型，解釋了在LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)晶體中為什么離子電導率要比電子電導率小得多，表明鋰離子的擴散對于提高LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)正極材料的動力學方面非常關鍵。因此，為了提高LiMnPO₄正極材料的動力學因素，學者們提出了一條可能的途徑通過調控LiMnPO₄正極材料微結夠來縮短沿b軸方向的尺寸，這種材料因能減小鋰離子擴散路徑而具有很優異的高倍率性能。近來，很多學者在這方面取得了很大的進展。例如，采用熱分解法、通過調節錳源濃度，LiMnPO₄材料從納米棒狀（沿b軸方向約為30-50 nm）轉變為納米片狀。采用溶劑熱法、以N-甲基吡咯烷酮和氧化石墨溶液為溶劑制備LiMnPO₄納米片材料/石墨烯復合材料（沿b軸方向約為20-70 nm），該材料在0.05 C的比容量約為159 mAh g^-1。

此外，在LiMnPO₄材料表面包覆導電劑既可以提高導電性和減小電池的極化，又可以為LiMnPO₄提供電子隧道，用來補償Li⁺脫嵌過程中的電荷平衡。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳包覆磷酸錳鋰納米棒的制備方法，該方法有利于縮短鋰離子擴散路徑、增強電極反應，從而提高鋰離子電池正極材料的電化學性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種碳包覆磷酸錳鋰納米棒的制備方法，包括如下步驟