[发明专利]一种制备棒状纳米磷酸锰锂材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域。更具体的说，涉及用表面活性剂溶剂热法来实现制备棒状纳米磷酸锰锂材料的方法。

背景技术

随着社会和经济的高速发展，化石能源短缺和全球变暖等一些列资源环境问题开始逐渐地暴露出来。在当今，这些日益恶化的资源环境问题提醒人们，现在十分有必要关注如何解决能源问题和努力保护生态环境。人们提出并设计了一种使用“绿色”能源的环境友好的新型交通工具—混合型电动汽车。

其中，锂离子电池以其循环寿命长、比容量大、能量密度高、无记忆效应和绿色环保等优点可以作为新一代混合型电动汽车的动力来源。锂离子电池的负极材料一般使用允许锂离子嵌入和脱出的层状碳结构，其容量高达300mAh/g以上，而正极材料的比容量相对小得多。所以正极材料是制约获取大容量锂离子电池的关键。在众多的正极材料当中，具有橄榄石结构的LiMPO₄(M可以使Fe、Co、Ni、Mn等)因为具有很好的循环稳定性和热稳定性，得到了广泛的关注。LiFePO₄具有高的比容量，但是放电电压较低，商业化中越来越不能满足高能量密度的要求。而LiCoPO₄与LiNiPO₄的放电电压又过高，分别为4.8V和5.1V。目前使用的电解质还不能承受如此高的工作电压，从而使LiCoPO₄与LiNiPO₄的应用受到限制。相比之下，LiMnPO₄的放电电压适中，使用LiMnPO₄做为锂离子电池的正极材料比LiFePO₄可获得更高的能量密度。但是，由于LiMnPO₄本身结构的原因，LiMnPO₄的导电性较差，锂离子的嵌入和脱出困难，限制了其高比容量的发挥。据众多相关文献的报道，材料的纳米化可通过减小锂离子的扩散路径来有效地改善LiMnPO₄作为电池正极材料的性能。另外，由于橄榄石型结构内部锂离子扩散具有各向异性，因此，通过一定的方法来控制合成具有一定特殊生长取向的晶体结构也将会对提高LiMnPO₄的电化学性能有很大的帮助。

溶剂热法是一种制备纳米材料很有效的方法。另外，溶剂热法中的一些实验参数，如反应温度、前驱体物质组成、浓度、比例以及PH值等，易于调节，使其适合用来控制合成具有不同形貌的晶体结构。

发明内容

本发明的目的是通过使用表面活性剂和改变溶剂热法前驱体的组成比例来调节晶体的取向生长，以实现控制合成棒状纳米LiMnPO₄材料，提供一种形貌可控的制备纳米磷酸锰锂材料的方法。

本发明提供一种制备棒状纳米磷酸锰锂材料的方法，使用油酸作为生长助剂，采用溶剂热法一步制备具有均一尺寸的棒状纳米磷酸锰锂材料。

具体步骤如下：

1).将85wt.％的H₃PO₄水溶液加入到乙二醇中，制得浓度为0.525mol/L–0.575mol/L的H₃PO₄溶液；

2).将LiOH·H₂O溶解到乙二醇中，制得浓度为0.70mol/L–0.80mol/L的LiOH溶液，然后取步骤1中制备的H₃PO₄溶液，滴加到其中，使H₃PO₄溶液与LiOH溶液的体积比为1:2，滴加过程中伴随搅拌，滴加完毕后，得到白色悬浮液；

3).先将MnSO₄·H₂O溶解到蒸馏水中，然后再加入一定量的乙二醇混合均匀，蒸馏水与乙二醇的体积比为1:7，制得浓度为0.2mol/L–0.3mol/L的MnSO₄溶液，然后滴加到步骤2得到的白色悬浮液中，使MnSO₄溶液与LiOH溶液的体积比为1:1，滴加过程中伴随搅拌；

4).向步骤3得到的悬浮液中加入油酸，油酸与悬浮液的体积比为1:10，搅拌均匀，得到前驱体混合液；

5).将上述前驱体混合液转移到聚四氟乙烯水热反应釜内衬中，并使用不锈钢反应釜密封后，加热到180℃，保温6-10h；

6)反应结束后，室温下冷却至常温，取出反应物，分别使用去离子水和乙醇洗涤3次，得到最终反应产物。

搅拌速率优选为10r/s。