[发明专利]碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法。

背景技术

随着经济的发展和生活水平的提高，能源问题和环境污染问题日益严重，新型无污染能源的开发和应用迫在眉睫。锂离子电池作为新一代的绿色高能蓄电池，自上世纪九十年代问世以来，由于其具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出特点，被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码相机、数码摄像机、ipad等便携式电子产品，也将在混合动力汽车和动力汽车领域得到广泛应用，已经成为最具竞争力的二次电池。

锂离子电池的结构包括：正极材料、负极材料、隔膜以及电解液等，其中，正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一。在锂离子充放电过程中，不仅要提供正负极嵌锂化合物往复嵌脱所需要的锂，而且还要负担负极材料表面形成SEI膜所需的锂，故正极材料的性能在很大程度上影响着电池的性能，并直接决定着电池成本的高低。因此，可以通过提高正极材料的性能来提高锂离子电池的电化学性能，并通过降低正极材料的生产成本来降低锂离子电池的成本。

目前商用的正极材料以LiCoO₂为主，但是，其理论容量仅为147mAh/g，很难满足动力电池对高容量的需求，而且由于LiCoO₂中钴的资源短缺，价格昂贵，具有毒性，对环境有一定污染，因此不能适应大型动力电池的要求。LiMn₂O₄虽然成本低廉，但其理论容量也仅为148mAh/g，循环性能差，安全性也较差，无法满足日益增长的市场需求。因此，开发比容量高、热稳定性好、价格低廉、安全性好的正极材料是进一拓宽锂离子电池应用领域并实现可持续发展的关键。

2006年，R.Dominko及其研究小组(Structure and electrochemical performance of Li₂MnSiO₄ and Li₂FeSiO₄ as potential Li-battery cathode materials[J].Electrochemistry Communications,2006,8(2):217-222)采用改进的溶胶-凝胶法，首次合成了一种硅酸盐类聚阴离子型锂离子电池正极材料——Li₂MnSiO₄正极材料，得到较为理想的电化学性能。硅酸锰锂具有极高的理论容量(333mAh/g)并兼具原料易得、生产成本低、循环电压可接受等优点，被认为是非常有潜力的锂离子正极材料候选材料。在Li₂MnSiO₄中存在两个氧化还原电对Mn³⁺/Mn²⁺和Mn⁴⁺/Mn³⁺，分别对应于两个放电平台4.1V和4.5V，使得它比其他硅酸盐类材料更容易获得两个锂离子的嵌入及脱出。

然而，Li₂MnSiO₄存在电子导电率差等缺点从而制约了其应用。使用碳包覆硅酸锰锂能够有效提高硅酸锰锂的导电性和电化学循环性能。然而现有的碳包覆硅酸锰锂在制备时通常采用水热法，且制备过程使用大量的溶剂，在除去溶剂的过程中，需要耗费大量的能耗，且溶剂污染较大，不环保。

发明内容

基于此，有必要提供一种能避免使用溶剂而较为环保的碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法。

一种碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

依照化学式Li₂MnSiO₄中各元素配比称取锂源、锰源及硅源并混合均匀得到混合物，所述硅源为硅炭黑；

将所述混合物研磨1小时～2小时得到预产物；及

在保护性气体氛围下，将所述预产物在700℃～900℃下煅烧7小时～10小时得到所述碳包覆硅酸锰锂复合材料。

上述碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法，使用硅炭黑作为硅源，成本低廉；通过将锂源、锰源及硅源并混合均匀得到混合物研磨均匀后进行煅烧即可得到碳包覆硅酸锰锂复合材料，无需使用溶剂，较为环保。硅碳黑作为硅源和碳源，这些碳均匀的分布在二氧化硅之间，在煅烧过程中，可以有效的抑制硅酸锰锂的生长，从而减小颗粒尺寸。

在其中一个实施例中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂及乙酸锂中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述锰源选自碳酸锰及乙酸锰中的至少一种。