[发明专利]一种磷酸锰锂纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸锰锂纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种磷酸锰锂纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高性能的可充绿色电源，近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源，从而推动其向安全、环保、低成本及高比能量的方向发展。其中，新型电极材料特别是正极材料的研制极为关键。目前广泛研究的锂离子电池正极材料集中于锂的过渡金属氧化物如层状结构的LiMO₂(M=Co，Ni，Mn)和尖晶石结构的LiMn₂O₄。但作为正极材料它们各有缺点，LiCoO₂成本高，资源贫乏，毒性大；镍酸锂(LiNiO₂)制备困难，热稳定性差；LiMn₂O₄容量较低，循环稳定性尤其是高温性能较差。为了解决以上材料的缺陷，人们做了大量研究，在对以上正极材料进行各种改性以改善其性能的同时，新型正极材料的开发一直也是关注的重点。研究发现，磷酸锰锂材料工作电压适中(4.1V)，理论容量高171mAh／g，循环性能好，成本很低，而且他的能量密度比磷酸铁锂高34%，它的高能量密度和高安全性能使其在在动力锂离子电池中具有突出应用前景，不足之处是它的导电性差和锂离子扩散速度慢，这和磷酸锰锂正极材料的颗粒尺寸有着极大的关联。本发明利用简单的方法制备出尺寸较小的分散性良好的磷酸锰锂正极材料，有利于提高电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散性良好且制备工艺简单的磷酸锰锂纳米颗粒及其制备方法。

本发明的磷酸锰锂纳米颗粒，颗粒大小为50-100 纳米。

制备上述磷酸锰锂纳米颗粒的方法，步骤如下：

1）将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123溶于乙二醇中，搅拌至少240分钟，再加入四水合乙酸锰和抗坏血酸，搅拌至充分溶解，获得乙酸锰浓度为0.25 mol/L-1.0 mol/L、抗坏血酸浓度为0.057 mol/L-0.114 mol/L， P123浓度为0.1-0.2 g/mL的溶液A；

2）称取磷酸、二水合乙酸锂溶于乙二醇，搅拌30分钟以上，形成磷酸浓度为0.25 mol/L-1.0 mol/L,乙酸锂的浓度为0.25 mol/L-3.0 mol/L的悬浮液B；

3）将步骤2)的悬浮液B在搅拌的状态下滴加到步骤1)的溶液A中，形成乳浊液C，乳浊液C中Li、Mn、P的摩尔比为1~3:1:1；

4）将步骤3）的乳浊液C转移至高压反应釜，用乙二醇调节其体积至反应釜容积的2/3~4/5，使P浓度为0.125 mol/L-0.50 mol/L，继续搅拌30分钟以上；

5）将反应釜密闭，在160-230℃下保温4-48小时后进行热处理，然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、无水乙醇或丙酮清洗，40～100℃温度下烘干，再在氮气或氩气保护下，于300~400℃煅烧3h后，在550- 650℃煅烧4h，得到磷酸锰锂纳米颗粒。

上述方法中所用的原料磷酸、四水合乙酸锰、二水合乙酸锂、抗坏血酸、P123和溶剂乙二醇、去离子水、丙酮的纯度均不低于化学纯。

本发明以四水合乙酸锰、二水合乙酸锂、磷酸为反应物料，乙二醇为反应溶剂，通过加入P123表面活性剂，调控热处理过程中磷酸锰锂的形核和生长过程，实现单分散磷酸锰锂纳米颗粒的溶剂热合成。本发明对溶剂热合成产物的清洗是为了将反应物料引入的有机物与合成的磷酸锰锂充分分离，得到纯相的磷酸锰锂相。采用无水乙醇脱水和不高于100℃的烘干，是为了得到分散型良好的磷酸锰锂纳米粉体。在管式炉中，进行煅烧处理，是为了得到单分散磷酸锰锂纳米颗粒。

本发明产品质量稳定，纯度高，颗粒分散性好，有利于锂离子扩散，提高锂离子电池的大电流充放性能。本发明制备工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于规模化生产。

 

附图说明

图 1磷酸锰锂纳米颗粒的X射线衍射（XRD）图谱；

图 2磷酸锰锂纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图片。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。

实例1