高温固相法制备碳包覆锰酸锂纳米线的制作方法

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种高温固相法制备碳包覆锰酸锂纳米线。

背景技术：

锰酸锂(LiMn₂O₄)是一种锂电正极材料，它具有较高的电势窗口，并且原料廉价，倍率性能和比容量较高，已经被成功应用于锂离子电池生产中。传统的LiMn₂O₄是经过高温固相法制备，形貌都是微米颗粒。微米尺寸不利于电子和锂离子快速扩散传输。为了进一步提高其比容量、倍率性能和循环稳定性，可以采用纳米技术制备纳米尺寸的LiMn₂O₄。

LiMn₂O₄具有多面体结构，很难制备成一维纳米线形貌。而一维纳米结构有利于电子传输。另外，高温固相能提供足够的结晶度，有利于提高锂电性能，但是，纳米材料往往在经历高温固相烧结的过程中团聚，二次长大为微米材料，违背了纳米材料的制备初衷。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温固相法制备碳包覆锰酸锂纳米线，能够制备表面被碳层包覆的LiMn₂O₄，且LiMn₂O₄保持纳米线形貌，具有操作简单、成本低廉的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

高温固相法制备碳包覆锰酸锂纳米线，其步骤如下：

步骤一：制备氧化锰纳米线前驱体；

步骤二：将葡萄糖和前驱体按照质量比1：1置于水热斧中，180℃下反应2h,将碳层包覆在氧化锰纳米线表面；

步骤三：将包覆有碳层的氧化锰纳米线和氢氧化锂按照质量比2.05:1在500-750℃温度条件下固相烧结1-5h，得到碳包覆锰酸锂纳米线。

本发明材料的有益效果为：

本发明方法可制备表面被碳层包覆的LiMn₂O₄，且LiMn₂O₄能够保持纳米线形貌，纳米线形貌能够提高锂电正极材料的导电性，有利于提高锂电性能，碳包覆层能够有效抑制Mn的溶解，从而提高了LiMn₂O₄的循环稳定性。利用本方法生产的LiMn₂O₄作为锂电正极材料，具有可重复性强、电池容量高和倍率性能好的特点。本方法具有操作简单、成本低廉的特点。

附图说明

图1为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的XRD图。其中，横坐标是角度；纵坐标是相对强度。

图2为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的SEM图。

图3为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的XPS图。

图4为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的充放电曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

步骤一：取1份硫酸锰和15份硝酸钾在380℃空气下煅烧3h,得到氧化锰纳米线前驱体；

步骤二：将0.01g葡萄糖和0.01g前驱体置于水热斧中，180℃下反应2h,将碳层包覆在氧化锰纳米线表面；

步骤三：将2.05份包覆有碳层的氧化锰纳米线和1份氢氧化锂在500℃温度条件下固相烧结5h，得到碳包覆锰酸锂纳米线。

实施例二

步骤一：取1份硫酸锰和15份硝酸钾在380℃空气下煅烧3h,得到氧化锰纳米线前驱体；

步骤二：将0.1g葡萄糖和0.1g前驱体置于水热斧中，180℃下反应2h,将碳层包覆在氧化锰纳米线表面；

步骤三：将2.05份包覆有碳层的氧化锰纳米线和1份氢氧化锂在600℃温度条件下固相烧结4h，得到碳包覆锰酸锂纳米线。

实施例三

步骤一：取1份硫酸锰和15份硝酸钾在380℃空气下煅烧3h,得到氧化锰纳米线前驱体；

步骤二：将2g葡萄糖和2g前驱体置于水热斧中，180℃下反应2h,将碳层包覆在氧化锰纳米线表面；

步骤三：将2.05份包覆有碳层的氧化锰纳米线和1份氢氧化锂在700℃温度条件下固相烧结2h，得到碳包覆锰酸锂纳米线。

实施例四

步骤一：取1份硫酸锰和15份硝酸钾在380℃空气下煅烧3h,得到氧化锰纳米线前驱体；

步骤二：将10g葡萄糖和10g前驱体置于水热斧中，180℃下反应2h,将碳层包覆在氧化锰纳米线表面；

步骤三：将2.05份包覆有碳层的氧化锰纳米线和1份氢氧化锂在750℃温度条件下固相烧结2h，得到碳包覆锰酸锂纳米线。

参见附图1，从图中可看出，碳包覆锰酸锂纳米线特征峰在如图所标示，并且在20°附近有个碳峰的鼓包，说明成功合成了碳包覆的锰酸锂。

图2为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的SEM图。从图2可以清楚地看到直径为50nm左右的纳米线。

图3为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的XPS图。从图3可以看出纳米线由碳、锂、锰和氧元素组成。

图4为实施例一到四中制备的碳包覆锰酸锂纳米线的充放电曲线图，在0.2C下，它的放电容量高达140mAh g^-1。