[發明專利]一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202111191284.3
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113929071A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 方海升;肖翰;陳偉
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法，具體步驟為：在室溫下，將鋰源、金屬鹽和磷源按照Li：M_1?xMg_x：P的摩爾比為y：1：1或1：1：z分別溶于水，得到鋰源溶液、金屬鹽溶液和磷源溶液，其中0x≤0.2，1.1≤y≤3，1.1≤z≤2；將所述磷源溶液和鋰源溶液先后加入到金屬鹽溶液中，得到混合溶液或懸浮液；將所述得到的混合溶液或懸浮液pH值調節至6～10，在溫度160～220℃下水熱反應2～20h，反應后的產物經冷卻后洗滌、過濾、干燥，得到(010)晶面擇優生長的片狀LiM_1?xMg_xPO₄材料。本發明基于水熱反應通過添加鎂鹽引入鎂離子來減薄(010)晶面擇優生長的片狀LiM_1?xMg_xPO₄的厚度，且減薄效果顯著。

技術領域

本發明涉及一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池電極材料技術領域。

背景技術

橄欖石型含鋰過渡金屬磷酸鹽LiMPO₄(M＝Mn、Fe、Co、Ni)作為鋰離子電池正極材料，最早于1997年由美國德克薩斯大學奧斯汀分校Goodenough等報道，它們具有結構穩定、熱穩定性好、安全性高等優點，其中LiFePO₄和LiMnPO₄還具有原料來源廣泛、價格便宜、無毒、環境友好等優勢，因此這類材料在過去二十多年得到了極大的關注，并且LiFePO₄目前已廣泛應用于動力和儲能鋰離子電池中；LiMnPO₄具有4.1V電壓平臺，業界正在逐步推進其商業化應用；而LiCoPO₄和LiNiPO₄的電壓平臺分別為4.8V和5.1V左右，高于目前商品化電解液電化學穩定窗口，缺乏商業化應用的基礎。然而，不管是可商業化應用的LiFePO₄和LiMnPO₄，還是高電壓的LiCoPO₄和LiNiPO₄，它們的電化學性能都依賴于鋰離子的脫嵌。研究表明，對具有Pnma空間群結構的橄欖石型磷酸鹽正極材料來說，鋰離子在晶格中只能延沿b軸[010]一維方向快速移動，因此在制備LiMPO₄材料時如果能減小[010]方向的尺度，則可以縮短鋰離子的擴散路徑利于鋰離子的脫嵌，從而提升材料的電化學性能。實驗研究表明，(010)晶面擇優生長的片狀LiMPO₄確實表現出優異的電化學性能，顯然其性能與厚度直接相關，因此如何減薄LiMPO₄(010)晶面的厚度是其性能進一步提升的關鍵。

鑒于以上情況，有必要研究一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法用于解決上述技術問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法；本方法基于水熱反應制備(010)晶面擇優生長的片狀LiM_1-xMg_xPO₄，通過添加鎂鹽引入鎂離子來減薄橄欖石型磷酸鹽正極材料的片層厚度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的目的在于提供一種片狀橄欖石型磷酸鹽正極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)在室溫下，將鋰源、金屬鹽和磷源按照Li：M_1-xMg_x：P的摩爾比為y：1：1或1：1：z分別溶于水，得到鋰源溶液、金屬鹽溶液和磷源溶液；將所述磷源溶液和鋰源溶液先后加入到金屬鹽溶液中，得到混合溶液或懸浮液；其中0x≤0.2，1.1≤y≤3，1.1≤z≤2，混合溶液或懸浮液中M_1-xMg_x離子的總濃度為0.1～2mol/L；