[发明专利]等摩尔水热法制备LiMnPO4

说明书

本发明涉及一种等摩尔水热法制备LiMnPO₄复合材料的方法及其在锂电池中的应用，属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明通过采用可溶性的LiH₂PO₄与不溶性的锰源为反应物，实现水热制备法中Li源和Mn源的摩尔比为1:1，从而解决传统水热制备法中需要Li源过量2倍的问题。本发明的等摩尔水热法制备LiMnPO₄复合材料的方法包括如下步骤：将LiH₂PO₄与不溶性锰源及分散剂在水中混合均匀，然后进行水热反应，固液分离，干燥，得到LiMnPO₄前驱体；将LiMnPO₄前驱体与有机碳源混合后烧结即得。本发明采用等摩尔水热法工艺简单、成本低，制备的复合材料具有纯度高、颗粒细小均一，电化学性能优良的特点。

技术领域

本发明涉及一种等摩尔水热法制备LiMnPO₄复合材料的方法及在锂电池中的应用，属于锂电池技术领域。

背景技术

橄榄石结构的LiMPO₄(M＝Fe,Mn，Co，Ni)电极材料具有循环寿命长和安全性高等优点，在锂离子电池领域具有良好的应用前景，尤其是LiFePO₄和 LiMnPO₄。虽然LiFePO₄通过碳包覆、金属离子掺杂和降低颗粒度等手段显著提高了电导率和离子扩散率，实现了商业化。然而，LiFePO₄材料放电电压平台低 (3.4V)，使其能量密度偏低(110～130Wh/kg)，限制了LiFePO₄电池在电动汽车上的大规模应用。近年来，橄榄石结构的LiMnPO₄材料具有与LiFePO₄相似的优点，而且其电压平台高达4.1V，比LiFePO₄高出0.7V，使其理论能量密度比LiFePO₄高出20％，得到了广泛关注。但是，LiMnPO₄材料存在导电率和离子扩散率低等问题，导致比容量难以有效发挥。虽然采用的碳包覆和微量金属离子掺杂等手段对LiMnPO₄材料的电导率有所提高，但是对于LiMnPO₄材料的离子扩散率提高有限，导致LiMnPO₄材料的电化学性能未能获得理想的结果。

采用水热法或溶剂热法所制的LiMnPO₄颗粒形貌规则、颗粒细小无团聚。能够获得较大的离子扩散率。研究者采用水热或溶剂热制备法，结合碳包覆和离子掺杂等改性手段，协同提高材料的电子导电率和离子扩散率，从而极大的改善了材料的电化学性能。然而，目前已报道的水热法或溶剂热法，为了获得形貌均一的纳米颗粒，常引入价格昂贵的反应溶剂，和严苛的制备工艺条件，造成反应体系复杂、昂贵，而且目前报道的水热法(专利CN105720253A)需要加入过量 2～3倍的锂，才能获得纯度高的LiMnPO₄材料，造成锂资源浪费，增加了生产成本，不利于推广应用。公布号为CN105720253A发明专利公开了一种碳包覆LiMnPO₄正极材料的制备方法，将氢氧化锂加入氯化胆碱-乙二醇离子液体、硫酸锰、磷酸组成的混合液中进行水热反应后，固液分离，得到LiMnPO₄前驱体，然后将前驱体与碳源均匀混合后，在氮气氛围中煅烧得到碳包覆的LiMnPO₄材料。但是该方法需要加入锂元素的摩尔量为锰元素的3倍时，才能获得纯的LiMnPO₄晶体。而且采用离子液体作为反应溶剂，锂源很难回收，造成锂源的极大浪费，增加了LiMnPO₄材料的制备成本，不利于大规模生产。

发明内容

本发明提供一种等摩尔水热法制备LiMnPO₄复合材料的方法，以解决现有技术中生产时锂源过量造成制备成本增加的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种等摩尔水热法制备LiMnPO₄复合材料的方法，包括如下步骤：