[發明專利]等摩爾水熱法制備LiMnPO4

有效

• 申請號: 202010924512.2
• 申請日: 2020-09-05
• 公開（公告）號: CN112018364B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李元超;程銀鋒;許光日;楊理;范文秀;王真光
• 申請（專利權）人: 河南科技學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B25/26;C01B25/45;C01B25/37
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 徐小磊

本發明涉及一種等摩爾水熱法制備LiMnPO₄復合材料的方法及其在鋰電池中的應用，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。本發明通過采用可溶性的LiH₂PO₄與不溶性的錳源為反應物，實現水熱制備法中Li源和Mn源的摩爾比為1:1，從而解決傳統水熱制備法中需要Li源過量2倍的問題。本發明的等摩爾水熱法制備LiMnPO₄復合材料的方法包括如下步驟：將LiH₂PO₄與不溶性錳源及分散劑在水中混合均勻，然后進行水熱反應，固液分離，干燥，得到LiMnPO₄前驅體；將LiMnPO₄前驅體與有機碳源混合后燒結即得。本發明采用等摩爾水熱法工藝簡單、成本低，制備的復合材料具有純度高、顆粒細小均一，電化學性能優良的特點。

技術領域

本發明涉及一種等摩爾水熱法制備LiMnPO₄復合材料的方法及在鋰電池中的應用，屬于鋰電池技術領域。

背景技術

橄欖石結構的LiMPO₄(M＝Fe,Mn，Co，Ni)電極材料具有循環壽命長和安全性高等優點，在鋰離子電池領域具有良好的應用前景，尤其是LiFePO₄和 LiMnPO₄。雖然LiFePO₄通過碳包覆、金屬離子摻雜和降低顆粒度等手段顯著提高了電導率和離子擴散率，實現了商業化。然而，LiFePO₄材料放電電壓平臺低 (3.4V)，使其能量密度偏低(110～130Wh/kg)，限制了LiFePO₄電池在電動汽車上的大規模應用。近年來，橄欖石結構的LiMnPO₄材料具有與LiFePO₄相似的優點，而且其電壓平臺高達4.1V，比LiFePO₄高出0.7V，使其理論能量密度比LiFePO₄高出20％，得到了廣泛關注。但是，LiMnPO₄材料存在導電率和離子擴散率低等問題，導致比容量難以有效發揮。雖然采用的碳包覆和微量金屬離子摻雜等手段對LiMnPO₄材料的電導率有所提高，但是對于LiMnPO₄材料的離子擴散率提高有限，導致LiMnPO₄材料的電化學性能未能獲得理想的結果。

采用水熱法或溶劑熱法所制的LiMnPO₄顆粒形貌規則、顆粒細小無團聚。能夠獲得較大的離子擴散率。研究者采用水熱或溶劑熱制備法，結合碳包覆和離子摻雜等改性手段，協同提高材料的電子導電率和離子擴散率，從而極大的改善了材料的電化學性能。然而，目前已報道的水熱法或溶劑熱法，為了獲得形貌均一的納米顆粒，常引入價格昂貴的反應溶劑，和嚴苛的制備工藝條件，造成反應體系復雜、昂貴，而且目前報道的水熱法(專利CN105720253A)需要加入過量 2～3倍的鋰，才能獲得純度高的LiMnPO₄材料，造成鋰資源浪費，增加了生產成本，不利于推廣應用。公布號為CN105720253A發明專利公開了一種碳包覆LiMnPO₄正極材料的制備方法，將氫氧化鋰加入氯化膽堿-乙二醇離子液體、硫酸錳、磷酸組成的混合液中進行水熱反應后，固液分離，得到LiMnPO₄前驅體，然后將前驅體與碳源均勻混合后，在氮氣氛圍中煅燒得到碳包覆的LiMnPO₄材料。但是該方法需要加入鋰元素的摩爾量為錳元素的3倍時，才能獲得純的LiMnPO₄晶體。而且采用離子液體作為反應溶劑，鋰源很難回收，造成鋰源的極大浪費，增加了LiMnPO₄材料的制備成本，不利于大規模生產。

發明內容

本發明提供一種等摩爾水熱法制備LiMnPO₄復合材料的方法，以解決現有技術中生產時鋰源過量造成制備成本增加的問題。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種等摩爾水熱法制備LiMnPO₄復合材料的方法，包括如下步驟：