專利名稱：低溫固相反應制備鋰離子電池正極材料LiMnPO₄的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫固相反應制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4的方法。
背景技術：
LiMnPO4是一種新型鋰離子電池正極材料。它具有優(yōu)良的充放電平臺，良好的循環(huán)性能，并且價格低廉，理論容量高，環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料，并有望用在以鋰離子電池為動力的電動汽車上。傳統(tǒng)的制備方法主要有以下幾種固相合成法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法等等。然而這些方法都存在一些固有的缺點，如合成溫度高、合成周期長、控制條件苛刻、 成本高以及合成材料的大電流放電能力差等缺點，這些都限制著LiMnPO4的大規(guī)模產業(yè)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述方法的不足之處，提供一種低溫固相反應制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4的方法。采用此方法合成的磷酸錳鋰顆粒細小并且粒徑分布均勻， 離子導電性和電子導電性明顯得到提高，具有良好的放電性能；同時該方法合成溫度低，合成周期短，條件控制簡便，合成方法簡單，易于實現大規(guī)模產業(yè)化。本發(fā)明的具體步驟為將錳源化合物、磷源化合物和鋰源化合物按錳、磷、鋰元素物質的量的比為 1:1: 1比例混合，在常溫下混合均勻，然后進行機械活化，活化時間控制在I-IOh內，然后加入有機碳源，有機碳源與錳源化合物的物質的量的比為1 1-2 1，在常溫常壓條件下，在非氧化性氣氛中以10-40°C /min的升溫速度加熱到300-800°C，并恒溫煅燒4_12h ； 以5-20 0C /min的速度降溫，即得LiMnPO4 ；所述錳源化合物為碳酸錳、乙酸錳和硝酸錳中的一種。所述磷源化合物為磷酸二氫氨、磷酸氫二氨、磷酸氨和磷酸中的一種。所述鋰源化合物為碳酸鋰、甲酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰和氧化鋰中的一種。所述有機碳源為抗壞血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、蘋果酸、乳酸、檸檬酸、甲醛和乙醛中的一種。所述非氧化性氣體為氬氣、氦氣、氖氣、氮氣和氫氣中的一種。本發(fā)明提供的低溫熱處理制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4的方法與現有的制備方法相比，其優(yōu)點具體表現在如下方面1)采用有機碳源處理原材料后，合成1^111^04樣品的燒結溫度明顯降低，也就是說降低了材料合成的能耗，從而降低了合成成本。2)用這種方法制備出的LiMnPO4在常溫常壓0. 05C的放電倍率下放電比容量分別為158mAh. 達到理論容量的92. 9%。材料具有高比容量和優(yōu)良的放電性能。


圖1為本發(fā)明實施例1中3號樣品的XRD圖譜。圖2為本發(fā)明實施例1中3號樣品的SEM圖。圖3為本發(fā)明實施例1中3號樣品的充放電曲線圖。
具體實施例方式實施例1 將MnC03、LiCH02、NH4H2PO4 和 C2H2O4. 2H20，按物質的量的比 1 :1:1: 1 混合均勻，并機械活化IOh ；然后裝入管式爐中，在氬氣氣氛下，溫度分別在300°C、50(TC、60(rC、 700°C恒溫12h。其中爐子升溫速率控制在20°c /min,降溫速率控制在5°C /min。所得的材料經X射線衍射分析為橄欖石結構，空間群為Pnmb，即為LiMnPCM的結構。將所得到的產物組裝成扣式電池測其充放電比容量和循環(huán)性能，在0. 05C倍率下進行充放電，其首次放電容量和循環(huán)30次后放電容量見表1。表1實施例1的實驗條件和結果
權利要求
1. 一種制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4的方法，其特征在于具體步驟為 將錳源化合物、磷源化合物和鋰源化合物按錳、磷、鋰元素物質的量的比為1 :1:1 比例混合，在常溫下混合均勻，然后進行機械活化，活化時間控制在I-IOh內，然后加入有機碳源，有機碳源與錳源化合物的物質的量的比為1 1-2 1，在常溫常壓條件下，在非氧化性氣氛中以10-40°C /min的升溫速度加熱到300-800°C，并恒溫煅燒4_12h ；以5_20°C / min的速度降溫，制得LiMnPO4 ；所述錳源化合物為碳酸錳、乙酸錳和硝酸錳中的一種； 所述磷源化合物為磷酸二氫氨、磷酸氫二氨、磷酸氨和磷酸中的一種； 所述鋰源化合物為碳酸鋰、甲酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰和氧化鋰中的一種； 所述有機碳源為抗壞血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、蘋果酸、乳酸、檸檬酸、 甲醛和乙醛中的一種；所述非氧化性氣體為氬氣、氦氣、氖氣、氮氣和氫氣中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫固相反應制備鋰離子電池正極材料LiMnPO4的方法。將錳源化合物、磷源化合物和鋰源化合物按錳、磷、鋰元素物質的量的比為1∶1∶1的比例混合，將此混合物在常溫下混合均勻，然后進行機械活化，活化時間控制在1-10h內，然后加入有機碳源，與錳源化合物的物質的量的比控制在1∶1-2∶1之間，在常溫常壓條件下，在非氧化性氣氛中以10-40℃/min的升溫速度加熱到300-800℃，并恒溫煅燒4-12h；以5-20℃/min的速度降溫，即得LiMnPO4。本發(fā)明直接采用二價錳化合物為錳源，并且加入有機碳源，在低溫條件下制備出性能穩(wěn)定的LiMnPO4，降低了合成條件以及成本；根據本方法制備出的LiMnPO4容量明顯提高，并且放電性能優(yōu)良。
文檔編號H01M4/58GK102403504SQ20111041092
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月10日 優(yōu)先權日2011年12月10日
發(fā)明者姜吉瓊, 張鷹鹛, 徐悅斌, 王友, 鐘勝奎 申請人:桂林理工大學