[发明专利]一种微波离子热合成硅酸锰锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源材料制备技术领域，。尤其涉及一种添加微观形貌调节剂——离子液体，采用微波离子热法合成锂离子电池用硅酸锰锂正极材料的方法。

技术背景

微波合成法是利用高频微波能，在很短时间内产生大量的热，从而促进各类化学反应的进行，是更有效的能量利用和加热方式。微波加热合成能大幅度加快反应分子的运动与碰撞速度，有利于晶核的大量形成，可限制晶体粒径的增加，能够合成出比常规方法所制备晶体的粒径更小、更均匀的纳米材料。目前，微波合成技术已广泛应用于纳米材料的制备。2007年，LU等人采用单质Si粉和酚醛树脂为原料，并以10℃/min的升温速率在1300～1400℃/0.5～2h的条件下制备出了直径约为20～100nm的SiC纳米线(LU Bin，LIU Ji Xuan，ZHU Hua Wei，JIAO Xian He.SiC Nanowires Synthesized by Microwave Heating[J].Journal of Inorganic Materials，2007，22(6)：1135-1138)。

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类。由于它具有很低的蒸汽压、低毒性、不可燃性、宽的电势窗、高的离子导电性和较好热稳定性，近年来，室温离子液体在许多领域中的潜在应用而引起人们极大的兴趣。它既可以为反应物提供反应介质，同时又可以充当形貌模板剂来制备具有新奇形貌和性质的材料。2011年，Ma等人以BiCl₃和CH₃CSNH₂为原料，添加了离子液体[Bmim]BF₄，合成出具有花状形貌的纳米Bi₂S₃材料(Zhen Ma，Jihong Yu，Sheng Dai.Preparation of inorganic Materials Using Ionic Liquials[J].Advanced materials.2011，23，1385-1388)。从微波化学角度看，离子液体具有很高的极化率，可以作为一种很好的微波吸收剂而产生很快的加热速度。

锂离子二次电池以优良的综合性能在新能源领域的研究和应用成为最受欢迎的绿色二次电池之一，Wang等人用乙醇作分散剂，以草酸亚铁、碳酸锂和磷酸二氢铵为原料，利用微波法合成的LiFePO₄/C材料在0.1C比率下首次放电比容量达140mAh/g(WANG Zhi Gao，LI Jian Ling，WANG Xin Dong.Preparation and performance of LiFePO₄/C by microwave processing[J].Battery Bimonthly，2006，36(2)：142-143)。Zhou等人以LiOH·H₂O和Co₃O₄为原料，微波合成的LiCoO₂正极材料首次充电比容量达156.17mAh/g，第一次放电比容量为149.43mAh/g(ZHOU Chun xian，XU Hui，CHEN Bai Zhen，SU Yuan Zhi.Preparation of the Cathode Material LiCoO₂ of Lithium ion Batteries by Microwave Processing[J].Materials Science，2006，20(5)：294-302)。2009年，法国N.Recham等人以FeC₂O₄·2H₂O和LiH₂PO₄为铁源和锂源，以离子液体[Bmim]BF₄、[Bmim]NTf₂、[Emim]NTf₂为溶剂，于250℃反应24h，得到了正极材料LiFePO₄。