[发明专利]单分散纳米橄榄石型锰基磷酸盐正极材料的制备方法及其锂离子二次电池

权利要求书

1.一种单分散纳米橄榄石型锰基磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于：将锂源化合物，锰源化合物、磷源化合物及需要掺杂情况下掺杂元素的化合物分散于水和有机溶剂的混合溶剂中，控制混合溶剂中有机溶剂与水的体积比在0-5∶1，在反应器中进行混合溶剂热反应，反应温度为120-230℃，反应压力为0.2-30Mpa，反应时间为1分钟～24小时，最后得到单分散纳米橄榄石型锰基磷酸盐颗粒正极材料，其化学式为Li_xMn_yM_1-yPO₄，0.8≤x≤1.2，0.5≤y≤1.0，M是Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Al、Mg、Ti、Zr、Sn、V、Nb、W、La、Ce、Y中的至少一种金属元素。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的单分散纳米橄榄石型锰基磷酸盐颗粒的三维尺寸中的任意一维均小于1微米，且至少有一维的尺寸控制在100纳米以下。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的锂源化合物为氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或几种；所述的锰源化合物为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化锰中的一种或几种；所述的磷源化合物为磷酸、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或几种；所述的掺杂元素是Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Al、Mg、Ti、Zr、Sn、V、Nb、W、La、Ce、Y中的至少一种金属元素，且所述的掺杂元素的化合物为上述金属元素的可溶性盐类化合物，并使所述的锰源化合物与含掺杂元素的化合物的摩尔比为1∶0-1；所述的锂源化合物与锰源化合物的摩尔比为0.8-4∶1；所述的锂源化合物与磷源化合物中含有的磷元素的总的物质的量与锰源化合物和含掺杂元素的化合物的总的物质的量之比为1∶1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为乙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、甘油或丁三醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的反应器为自生压力式密闭反应器，或连续式高温高压水热反应装置，所述混合溶剂热反应的加热方式为热辐射或微波辐射。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的纳米橄榄石型锰基磷酸盐颗粒还进行碳包覆改性，及可选的热处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的碳包覆改性是将碳源与纳米橄榄石型锰基磷酸盐颗粒通过物理混合或化学键合的方式，并通过可选的高温碳化处理，高温碳化处理在惰性气氛或还原气氛中进行，处理温度为300-800℃，处理时间为1-12小时，获得包覆于锰基磷酸盐纳米颗粒表面或混合于磷酸锰锂纳米颗粒间的导电碳材料；所述的用于改性的碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、苯胺、吡啶、尿素、柠檬酸、抗坏血酸、丙烯酸、丙三醇、淀粉、纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚苯胺、聚吡啶、呋喃树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、焦炭、煤沥青、石油沥青、氧化石墨烯、石墨烯、石墨、导电碳黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种的组合。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的物理混合指用于改性的碳源与锰基磷酸盐纳米颗粒间通过非化学键的方式结合，实施手段为液相机械搅拌混合、液相超声混合、机械研磨、气相沉积中的一种；所述的化学键合指用于改性的碳源与锰基磷酸盐纳米颗粒间通过化学键的方式结合。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的热处理温度为200-800℃，热处理时间为0.5-12小时。

10.一种锂离子二次电池，其包括正极和负极，电池的正极片由涂布于正极集流体上的一层正极活性材料构成，负极片由涂布于负极集流体上的一层负极活性材料构成；隔膜位于正极片与负极片之间；所用电解液为非水电解液；其特征在于：所述的正极活性材料含有权利要求1-9任一项权利要求所述的制备方法获得的单分散纳米橄榄石型锰基磷酸盐正极材料。