[发明专利]一种碳包覆磷酸锰锂纳米棒的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆磷酸锰锂纳米棒的制备方法，先向盛有蒸馏水的烧杯中加入MnSO₄·H₂O、H₃PO₄、LiOH∙H₂O、表面活性剂和抗坏血酸，搅拌一段时间后，转移至高压反应釜中，密闭反应一段时间，待自然冷却后洗涤，干燥后得到前驱体A，将碳源溶于蒸馏水中，加入前驱体A，形成浆液B，将浆液B超声搅拌，然后干燥得到混合物C，将混合物C研磨均匀后，采用分段煅烧的模式在氮气条件下煅烧，即得到所述碳包覆磷酸锰锂纳米棒；本发明制备方法工艺简单、易于实现，而且成本适中，还有利于缩短锂离子扩散路径、增强电极反应，从而提高锂离子电池正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子技术及新材料合成领域，具体涉及一种锂离子电池用碳包覆磷酸锰锂纳米棒正极材料的制备方法。

背景技术

近些年来，人们开始越来越关注更高性能和价格便宜的可充电锂离子电池在电子设备上的应用。自从1997年橄榄石型磷酸盐LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)被首次报道可以作为锂离子电池正极材料以来，磷酸锰锂（LiMnPO₄）由于其价格低廉、环境友好、无毒、循环性能良好、高的理论比容量(170 mAh g^-1)和充放电平台等优点而被广泛研究。但是，在LiMnPO₄晶体结构中，因为导电性能良好的FeO₆八面体被近乎绝缘的PO₄^3-分离，降低了LiMnPO₄的导电性，氧原子三维方向的六方最紧密堆积限制了Li⁺的扩散。因此，低的电导率和慢的锂离子扩散限制了LiMnPO₄正极材料的倍率性能―大功率应用的一个重要参数。

基于此，近年来很多研究学者致力于克服这些问题，做了如下三方面的工作：提高表面的电导率（通过导电剂包覆）；增加锂离子的电导率（通过金属阳离子掺杂）和缩短锂离子的传输路径（通过降低材料的粒子尺寸）。

Isam等报道在正交晶系、Pnma空间群中，锂离子优先选择沿着b轴方向扩散，而不是a轴和c轴方向扩散，因为锂离子沿着b轴方向扩散具有最小的迁移能。Gaberscek等采用一个理论模型，解释了在LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)晶体中为什么离子电导率要比电子电导率小得多，表明锂离子的扩散对于提高LiMPO₄(M= Fe，Mn，Co，Ni)正极材料的动力学方面非常关键。因此，为了提高LiMnPO₄正极材料的动力学因素，学者们提出了一条可能的途径通过调控LiMnPO₄正极材料微结够来缩短沿b轴方向的尺寸，这种材料因能减小锂离子扩散路径而具有很优异的高倍率性能。近来，很多学者在这方面取得了很大的进展。例如，采用热分解法、通过调节锰源浓度，LiMnPO₄材料从纳米棒状（沿b轴方向约为30-50 nm）转变为纳米片状。采用溶剂热法、以N-甲基吡咯烷酮和氧化石墨溶液为溶剂制备LiMnPO₄纳米片材料/石墨烯复合材料（沿b轴方向约为20-70 nm），该材料在0.05 C的比容量约为159 mAh g^-1。

此外，在LiMnPO₄材料表面包覆导电剂既可以提高导电性和减小电池的极化，又可以为LiMnPO₄提供电子隧道，用来补偿Li⁺脱嵌过程中的电荷平衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳包覆磷酸锰锂纳米棒的制备方法，该方法有利于缩短锂离子扩散路径、增强电极反应，从而提高锂离子电池正极材料的电化学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳包覆磷酸锰锂纳米棒的制备方法，包括如下步骤