[发明专利]一种溶剂和碳源一体化合成LiMnPO4/C的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料LiMnPO₄/C的合成方法，特别是涉及一种溶剂和碳源一体化合成LiMnPO₄/C的方法。

背景技术

自从1997年goodenough等人对LiFePO₄锂离子正极材料的研究有了突破性进展以来，由于聚阴离子型磷酸盐化合物LiMPO₄（M= Mn、Ni、Co）的高电压、成本低、无污染、安全性能好等优点也受到广泛的关注。其中LiMnPO₄的电压平台为4.1V，理论容量为171 mA.h/g，与 LiFePO₄接近，能量密度比LiFePO₄高20%左右，而且位于现有电解液体系稳定的电化学窗口。但是Yamada等人用第一性原理对电子能级进行了计算，LiFePO₄中电子发生跃迁的能隙为0.3eV，而LiMnPO₄的能隙为2eV，电导率和锂离子扩散系数比较低，极大阻碍了LiMnPO₄的应用，因此目前提高LiMnPO₄的电导率和锂离子扩散率是改善其电化学性能的首要问题之一。

解决这一问题最直接最有效的方法是对LiMnPO₄进行改性处理，主要从改善制备工艺、控制形貌和尺寸、包覆碳等方法来提高电子导电率。为了制备电化学性能好的LiMnPO₄材料，人们进行了大量实验探究工作：

（1）在制备方法中，溶胶凝胶、水热法和溶剂热法，静电喷雾法为比较有效的方法，这些合成方法各有优点和缺点，按照合成需要来选取具体的合成方法。

（2）对于粒子的形貌控制主要是通过加入大量的表面活性剂和模板法合成特定形貌的材料，虽然对样品形貌有了有效的控制，但实验过程却十分繁杂，例如要有效准确的调整反应溶液的pH、合成特定的模板以及到后期的洗涤等，除此之外，还存在实验过程耗时长、花费大、不易控制等缺点；

（3）碳包覆是提高LiMnPO₄电化学性能最重要的方法之一，人们尝试用不同的碳源，不同的包覆方法对其进行包覆，然而对于如何获得具有均匀碳包覆层和较高的LiMnPO₄碳包覆率的研究结果却很少。从目前的报道来看，很多碳包覆过程是通过将结晶后的LiMnPO₄与有机碳源进行球磨后煅烧来完成的。这样有机碳源不能在一级颗粒之间均匀分布，使得碳导电层与LiMnPO₄颗粒不能紧密的结合，现有技术已证明了碳导电层与主相颗粒之间有化学键合作用才是包覆碳的良好状态。

因此如何用简单有效方法合成具有特定相貌、均匀包覆层和高包覆率的纳米LiMnPO₄材料，对推动LiMnPO₄材料锂离子电池正极材料发展有重要的作用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种溶剂和碳源一体化合成LiMnPO₄/C的方法，该方法简单且容易控制的，得到的LiMnPO₄/C性能好。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种溶剂和碳源一体化合成LiMnPO₄/C的方法，包括步骤为：将多元醇加热搅拌后再在惰性气体保护下，加入摩尔比为1:1:1的Li源、P源、Mn源并加热反应得到反应产物，将反应产物陈化，再将陈化得到的前驱物在惰性气体保护下高温煅烧得到LiMnPO₄/C。

在本发明一个较佳实施例中，所述多元醇为聚乙二醇4000、聚乙二醇400、聚乙二醇200、丙三醇、季戊四醇中的一种或者几种。

在本发明一个较佳实施例中，所述多元醇加热搅拌时的温度为80℃-180℃，搅拌时间为10min-120min。

在本发明一个较佳实施例中，所述Li源是LiOH、Li₂CO₃、CH₃COOLi中的一种或两种，所述P源为NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄、H₃PO₄ 中的一种或两种，所述Mn源为Mn(CH₃COO)₂。