专利名称：低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO<sub>4</sub>的方法
技术领域：
本发明涉及一种低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法。
背景技术：
LiMnPO4是一种新型锂离子电池正极材料。它具有优良的充放电平台，良好的循环性能，并且价格低廉，理论容量高，环境友好等优点，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料，并有望用在以锂离子电池为动力的电动汽车上。传统的制备方法主要有以下几种固相合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等等。然而这些方法都存在一些固有的缺点，如合成温度高、合成周期长、控制条件苛刻、 成本高以及合成材料的大电流放电能力差等缺点，这些都限制着LiMnPO4的大规模产业化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述方法的不足之处，提供一种低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法。采用此方法合成的磷酸锰锂颗粒细小并且粒径分布均勻， 离子导电性和电子导电性明显得到提高，具有良好的放电性能；同时该方法合成温度低，合成周期短，条件控制简便，合成方法简单，易于实现大规模产业化。本发明的具体步骤为将锰源化合物、磷源化合物和锂源化合物按锰、磷、锂元素物质的量的比为 1:1: 1比例混合，在常温下混合均勻，然后进行机械活化，活化时间控制在I-IOh内，然后加入有机碳源，有机碳源与锰源化合物的物质的量的比为1 1-2 1，在常温常压条件下，在非氧化性气氛中以10-40°C /min的升温速度加热到300-800°C，并恒温煅烧4_12h ； 以5-20 0C /min的速度降温，即得LiMnPO4 ；所述锰源化合物为碳酸锰、乙酸锰和硝酸锰中的一种。所述磷源化合物为磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸氨和磷酸中的一种。所述锂源化合物为碳酸锂、甲酸锂、氢氧化锂、乙酸锂和氧化锂中的一种。所述有机碳源为抗坏血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、甲醛和乙醛中的一种。所述非氧化性气体为氩气、氦气、氖气、氮气和氢气中的一种。本发明提供的低温热处理制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法与现有的制备方法相比，其优点具体表现在如下方面1)采用有机碳源处理原材料后，合成1^111^04样品的烧结温度明显降低，也就是说降低了材料合成的能耗，从而降低了合成成本。2)用这种方法制备出的LiMnPO4在常温常压0. 05C的放电倍率下放电比容量分别为158mAh. 达到理论容量的92. 9%。材料具有高比容量和优良的放电性能。
图1为本发明实施例1中3号样品的XRD图谱。图2为本发明实施例1中3号样品的SEM图。图3为本发明实施例1中3号样品的充放电曲线图。
具体实施例方式实施例1 将MnC03、LiCH02、NH4H2PO4 和 C2H2O4. 2H20，按物质的量的比 1 :1:1: 1 混合均勻，并机械活化IOh ；然后装入管式炉中，在氩气气氛下，温度分别在300°C、50(TC、60(rC、 700°C恒温12h。其中炉子升温速率控制在20°c /min,降温速率控制在5°C /min。所得的材料经X射线衍射分析为橄榄石结构，空间群为Pnmb，即为LiMnPCM的结构。将所得到的产物组装成扣式电池测其充放电比容量和循环性能，在0. 05C倍率下进行充放电，其首次放电容量和循环30次后放电容量见表1。表1实施例1的实验条件和结果
权利要求
1. 一种制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法，其特征在于具体步骤为 将锰源化合物、磷源化合物和锂源化合物按锰、磷、锂元素物质的量的比为1 :1:1 比例混合，在常温下混合均勻，然后进行机械活化，活化时间控制在I-IOh内，然后加入有机碳源，有机碳源与锰源化合物的物质的量的比为1 1-2 1，在常温常压条件下，在非氧化性气氛中以10-40°C /min的升温速度加热到300-800°C，并恒温煅烧4_12h ；以5_20°C / min的速度降温，制得LiMnPO4 ；所述锰源化合物为碳酸锰、乙酸锰和硝酸锰中的一种； 所述磷源化合物为磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸氨和磷酸中的一种； 所述锂源化合物为碳酸锂、甲酸锂、氢氧化锂、乙酸锂和氧化锂中的一种； 所述有机碳源为抗坏血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、 甲醛和乙醛中的一种；所述非氧化性气体为氩气、氦气、氖气、氮气和氢气中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种低温固相反应制备锂离子电池正极材料LiMnPO4的方法。将锰源化合物、磷源化合物和锂源化合物按锰、磷、锂元素物质的量的比为1∶1∶1的比例混合，将此混合物在常温下混合均匀，然后进行机械活化，活化时间控制在1-10h内，然后加入有机碳源，与锰源化合物的物质的量的比控制在1∶1-2∶1之间，在常温常压条件下，在非氧化性气氛中以10-40℃/min的升温速度加热到300-800℃，并恒温煅烧4-12h；以5-20℃/min的速度降温，即得LiMnPO4。本发明直接采用二价锰化合物为锰源，并且加入有机碳源，在低温条件下制备出性能稳定的LiMnPO4，降低了合成条件以及成本；根据本方法制备出的LiMnPO4容量明显提高，并且放电性能优良。
文档编号H01M4/58GK102403504SQ20111041092
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月10日 优先权日2011年12月10日
发明者姜吉琼, 张鹰鹛, 徐悦斌, 王友, 钟胜奎 申请人:桂林理工大学