[发明专利]一种碱土金属离子掺杂的硅锰酸基锂/碳复合材料及制备方法

权利要求书

1.一种硅锰酸基锂/碳复合材料，其特征在于：化学式通式为Li₂Mn_1-xM_xSiO₄/C，其0＜x≤0.10，M选自Mg、Ca、Sr或Ba中的一种，正交晶系，为Pmn2₁空间群；复合材料为2～50nm纳米棒状或纳米片状；碳占材料总质量的10％～20％；材料在高分辨透射电子显微镜下显示有[001]带轴斑点；材料由以下方法制得，由锰盐和碱土金属M的二价盐溶于有机溶剂2中得到B溶液，由水溶性碱性锂盐和硅酸四乙酯溶于有机溶剂1中得到A溶液，在碱性条件下将B溶液滴加至A溶液中，于2～10Mpa压力、180～250℃温度下反应12～120小时得碱土金属阳离子M掺杂的硅酸锰基锂材料，再加入含碳源的有机溶液中得到前驱体，于真空气氛下固化处理后再于600～800℃下热处理；颗粒表面的锂元素和硅元素浓度分别高于颗粒内部的相应元素的浓度；颗粒表面的锰元素和碱土金属元素M浓度分别低于颗粒内部的相应元素的浓度。

2.如权利要求1所述的一种硅锰酸基锂/碳复合材料，其特征在于：所述复合材料的晶胞参数的b轴为a轴为

3.如权利要求1所述的一种硅锰酸基锂/碳复合材料，其特征在于：所述复合材料的晶胞参数的c轴为

4.一种制备如权利要求1～3之一所述的硅锰酸基锂/碳复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤，

(Ⅰ)在20～60℃下，水溶性碱性锂盐与有机溶剂1混合至锂盐完全溶解后，加入一定浓度的NaOH溶液，将体系的pH值调节至10～14，再向体系中加入一定量的硅酸四乙酯，至其完全溶解，体系中锂盐与硅元素的摩尔比为(2～10)：1，得到溶液A；按化学式的摩尔比将锰盐和金属M的二价盐加入至有机溶剂2中，其中金属M为Mg、Ca、Sr或Ba中的一种，混合至体系澄清，得到溶液B；所述有机溶剂1和有机溶剂2是一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、甲醇、乙醇或乙二醇的一种或多种；

(Ⅱ)将溶液B滴加至溶液A中，得到的混合溶液，保持其pH值为10～14，并置于2～10Mpa压力，180～250℃温度下反应12～120小时，得到碱土金属阳离子M掺杂的硅酸锰基锂材料；

(Ⅲ)在20～60℃下，将一定量的有机介质3加入到溶剂4中，至其完全溶解，有机介质为3葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、聚苯胺、多巴胺、PEG-4000或酚醛树脂溶液的一种或多钟，溶剂4是甲醇、乙醇或水的一种或多种；随后加入步骤(Ⅱ)所制得的硅酸锰基锂材料，在60～120℃下处理得到前驱体，前驱体经粉碎之后，于真空气氛下100～150℃下固化处理12～36小时；

(Ⅳ)步骤(Ⅲ)中制备的材料在充分研磨粉碎后置于真空气氛下600～800℃下热处理3～12小时，制得元素浓度梯度分布的硅酸锰基锂/碳复合材料。

5.如权利要求4所述的制备硅锰酸基锂/碳复合材料的方法，其特征在于：步骤(Ⅰ)中金属M的二价盐为氯化盐、硫酸盐、硝酸盐或醋酸盐的一种。

6.如权利要求4所述的制备硅锰酸基锂/碳复合材料的方法，其特征在于：步骤(Ⅳ)中的热处理温度为600℃，热处理时间为3小时。