[发明专利]一种熔盐法制备锂离子电池正极材料LiMnBO3的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料LiMnBO₃的制备方法。

背景技术

随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的高速发展，循环性能好、工作电压高、绿色环保的锂离子电池作为一种可重复使用的资源，逐渐进入人们的视野，成为人们关注的焦点，被研发用以缓解能源紧张和环保问题，并被广泛应用于便携式电子设备、储能设备以及电动车的驱动中。而锂离子电池电极材料的发展并不均衡，其中正极材料的发展相对滞后，已成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的关键因素之一。目前，以橄榄石型LiFePO₄为代表的聚阴离子型化合物作为锂离子电池正极材料具有良好的性能，因而引起了人们的广泛关注。到目前为止，大部分研究聚焦在由SO₄^2-、PO₄^3-或SiO₄^4-等聚阴离子组成的正极材料的电化学性能。最近，LiMBO₃(M＝Mn、Fe、Co)硼酸盐作为锂离子电池正极材料也吸引了一定的注意力。

与SO₄^2-、PO₄^3-或SiO₄^4-等聚阴离子相比，BO₃^3-的优点是摩尔质量小(58.8g·mol^-1)。因此，LiMBO₃(M＝Mn,Fe,Co)可能具有更高的比容量，例如LiFeBO₃、LiMnBO₃、LiCoBO₃的理论比容量分别为220、222、215mAh·g^-1，比LiFePO₄约高出50mAh·g^-1。这表明LiMBO₃有可能发展成为高比容量的锂离子电池新型正极材料。再加上其热稳定性和安全性能方面的优势，在锂离子动力电池中具有巨大的应用前景。因此，尽管LiMBO₃的平均电压比相应的磷酸盐正极材料低0.4V，但由于其理论比容量比相应的磷酸盐材料约高50mAh·g^-1，理论能量密度比相应的磷酸盐材料仍高出10％。这些优点使得LiMBO₃作为新一代的锂离子电池正极材料逐步进入研究者的视野。

尽管LiFeBO₃、LiMnBO₃、LiCoBO₃等硼酸盐化合物已经合成出来，但是关于这类材料作为锂离子电池正极材料的研究还处在起步阶段。尤其是LiMnBO₃正极材料，不仅首次放电比容量远仍低于其222mAh/g的理论比容量，而且其循环性能也很不理想。所以，合成同时具备高可逆比容量、长循环寿命(比如循环次数大于200次)、优异倍率性能的LiMnBO₃至今尚未见报道，如何合成出电化学性能优异的LiMnBO₃材料依然是材料和化学工作者共同面临的一个难题。

目前，LiMnBO₃正极材料的制备方法主要有固相法和溶胶-凝胶法等两种。传统固相法尽管制备工艺简单，但是由于原料混合均匀程度有限，所以需要较高的烧结温度和较长的烧结时间，而且产品粒径分布不易控制、均匀性和重现性较差。溶胶-凝胶法可以使原料获得分子水平上的均匀性，在一定程度上可以降低烧结温度，缩短烧结时间，所得产品的组成和粒度均匀，电化学性能较好，但该方法需要蒸发大量水分或有机溶剂，耗能费时，制备成本较高，不适宜工业化生产。

鉴于此，本专利将利用熔盐法来制备LiMnBO₃材料。该方法利用熔盐介质提供的液态环境，在固液态间进行反应，使得由扩散控制的固相反应的均匀性和反应速度都得到很大提高，从而有效地降低了反应温度和缩短了反应时间，节省了能源，使材料的晶体结构和性能得到改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用熔盐法合成锂离子电池正极材料LiMnBO₃的制备方法。本发明还可以对产物进行碳包覆，具有反应时间较短、耗能较低、有利于节约成本等特点。所得产物无团聚现象，其电化学性能有较大提高。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

(1)混合前驱体