[发明专利]一种用混合碳源合成LiMnPO4/C的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别是涉及一种用混合碳源合成LiMnPO₄/C的方法。

背景技术

日趋严重的世界性能源问题促使人们对新型能源材料进行不断的开发和研究，锂离子电池以其电池容量大、比能量密度高、电池电压高、自放电低、工作温度范围宽、安全性及循环性高以及清洁无污染等优点成为最具应用潜力的新型能源材料。自从1997年Padhi等研究发现橄榄石型结构LiFePO₄可作为锂离子电池正极材料以来，人们对LiFePO₄进行了全方面和深入的研究，取得巨大突破。而同时橄榄石家族的另一个成员LiMnPO₄，由于其具有和LiFePO₄相近的理论容量，具有电压平台高（4.1V）、能量密度大等优点，近年来引起了研究者的广泛关注。但是LiMnPO₄的电导率（<10^-10S/cm）和锂离子扩散系数比较低（<10^-16-10^-14cm²/s），严重阻碍了其发展和应用。为了提高其电导率和锂离子扩散系数，对LiMnPO₄进行碳包覆是比较主流和有效的方法。包覆碳一方面碳能够增强粒子与粒子之间的导电性，提高LiMnPO₄的导电性，另一方面可以在一定程度上抑制LiMnPO₄颗粒的生长，降低颗粒的粒径，缩短充放电过程中Li⁺的扩散路径，改善LiMnPO₄的电化学性能和倍率性能。人们为了制备出具有优异电化学性能的LiMnPO₄/C，对进行碳包覆的碳源进行深入的研究和分析。结果表明不同碳源对制备出材料的的石墨化程、包覆碳紧密度和厚度等情况都会产生重要影响。每种碳源都有优点和缺点，但目前对两种或以上混合碳源包覆结果的研究基本没有。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用混合碳源合成LiMnPO₄/C的方法，获得具有紧密均匀的碳包覆层的材料，提高了LiMnPO₄的倍率性能和循环性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用混合碳源合成LiMnPO₄/C的方法，包括步骤为：（1）先合成Li₃PO₄前驱物，再加入锰源合成LiMnPO₄前驱物；（2）将混合碳源分散在水和乙醇的混合溶液中，再将LiMnPO₄前驱物分散到混合溶液中并搅拌、超声，在一定温度下真空干燥得到样品；（3）将样品在惰性气体氛围中高温煅烧得到LiMnPO₄/C。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中合成Li₃PO₄前驱物的方法为共沉淀法、水热法、溶剂热法或超声波方法。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述锰源为乙酸锰、草酸锰、硫酸锰或硝酸锰中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述混合碳源为蔗糖、柠檬酸、葡萄糖、纤维素、环瑚精、酚醛树脂中的两种或两种以上。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述水和乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为1：0-0：1范围内的任一比例。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述搅拌的时间为30min-3h，所述超声的时间为2h-8h，所述真空干燥的时间为2h-8h，所述真空干燥的温度为60℃-120℃。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（4）中所述高温煅烧温度为550℃-750℃，所述高温煅烧的时间为4h-8h，所述惰性气体为氮气。

本发明的有益效果是：本发明的用混合碳源合成LiMnPO₄/C的方法，融合多种碳源的优点，通过控制多种碳源来合成特殊形貌的样品，得到具有优良电化学性能的球状纳米团簇形态的LiMnPO₄/C纳米复合颗粒，LiMnPO₄具有均匀紧密的碳包覆层，提高了LiMnPO₄的倍率性能和循环性能。

附图说明