本发明涉及电池材料技术领域，具体是一种锂离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池作为一种高容量的便携式动力装置，被应用到越来越多的领域，发挥越来越大的作用，因而锂电池的发展一直备受研究者的广泛关注。从简单的氧化/还原机理到锂离子嵌入/脱嵌机理的进步为锂离子电池的研发提供新的思路，目前商业化的锂离子电池或多或少含有Co、Ni等元素，但它们昂贵的价格和潜在的毒性限制了它们应用，能取代它们的大容量的、性价比高的绿色电池材料成了新的研究对象。
总之，目前制备硅酸锰锂的方法有溶胶凝胶法、改进型溶胶凝胶法和固相法等，未见有关水热法制备硅酸锰锂的报道。传统的制备硅酸锰锂的方法都离不开高温煅烧，但烧结过程对气氛要求严格，产物含有杂质且易发生相变。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种来源广泛、无污染的锂离子电池正极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂40-60份、乙二醇40-60份、二氧化硅气凝胶20-30份、四水乙酸锰20-30份、柠檬酸20-30份、有机物溶液160-240份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵100-150份、甲醛20-30份、间苯二酚40-60份。
作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂45-55份、乙二醇45-55份、二氧化硅气凝胶22-28份、四水乙酸锰22-28份、柠檬酸22-28份、有机物溶液180-220份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵108-142份、甲醛24-26份、间苯二酚48-52份。
作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂50份、乙二醇50份、二氧化硅气凝胶25份、四水乙酸锰25份、柠檬酸25份、有机物溶液200份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵125份、甲醛25份、间苯二酚50份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在190-210W的功率下，超声60-80min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于90-110ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在90-110W的功率下超声30-35min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为5-7，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于真空干燥箱中干燥10-12h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于充满氮气气氛的管式炉中烧结4-6h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，焙烧10-13h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在加热条件下均匀搅拌并发生化学反应，再保温，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
作为本发明进一步的方案：所述步骤（4）中水浴的温度为80-90℃。
作为本发明进一步的方案：所述步骤（5）中真空干燥箱的温度为115-125℃。
作为本发明进一步的方案：所述步骤（6）和步骤（7）中管式炉的温度分别为350-450℃和600-800℃。
作为本发明进一步的方案：所述步骤（8）中所述的加热条件的温度为80-100℃，化学反应的时间为15-60min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤（8）中所述的保温温度为550-750℃，保温时间为1-3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明原料来源简单易得、方法简单方便、易于控制、大大缩短了合成周期、降低了成本，而且材料的结晶程度高，能耗低，能在材料表面形成一层均匀的碳膜，使得产物具有优异的倍率性能，并且比容量相对于没有经过修饰的材料得到了大幅度的提高，容易进行工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂40份、乙二醇40份、二氧化硅气凝胶20份、四水乙酸锰20份、柠檬酸20份、有机物溶液160份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵100份、甲醛20份、间苯二酚40份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在190W的功率下，超声60min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于90ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在90W的功率下超声30min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为5，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于80℃的水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于115℃真空干燥箱中干燥10h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于350℃充满氮气气氛的管式炉中烧结4h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，于600℃下焙烧10h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在80℃条件下均匀搅拌并发生化学反应15min，再在550℃的温度下保温1h，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
实施例2
作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂45份、乙二醇45份、二氧化硅气凝胶22份、四水乙酸锰22份、柠檬酸22份、有机物溶液180份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵108份、甲醛24份、间苯二酚48份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在195W的功率下，超声65min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于95ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在95W的功率下超声31min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为5.5，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于82℃的水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于118℃真空干燥箱中干燥10.5h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于380℃充满氮气气氛的管式炉中烧结4.5h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，于650℃下焙烧11h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在85℃条件下均匀搅拌并发生化学反应20min，再在600℃的温度下保温1.5h，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
实施例3
作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂50份、乙二醇50份、二氧化硅气凝胶25份、四水乙酸锰25份、柠檬酸25份、有机物溶液200份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵125份、甲醛25份、间苯二酚50份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在200W的功率下，超声70min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于100ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在100W的功率下超声32min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为6，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于85℃的水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于120℃真空干燥箱中干燥11h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于400℃充满氮气气氛的管式炉中烧结5h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，于700℃下焙烧12h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在90℃条件下均匀搅拌并发生化学反应30min，再在650℃的温度下保温2h，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
实施例4
作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂55份、乙二醇55份、二氧化硅气凝胶28份、四水乙酸锰28份、柠檬酸28份、有机物溶液220份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵142份、甲醛26份、间苯二酚52份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在205W的功率下，超声75min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于105ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在105W的功率下超声34min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为6.5，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于88℃的水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于122℃真空干燥箱中干燥11.5h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于420℃充满氮气气氛的管式炉中烧结5.5h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，于750℃下焙烧12.5h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在95℃条件下均匀搅拌并发生化学反应45min，再在700℃的温度下保温2.5h，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
实施例5
一种锂离子电池正极材料，按照重量份的原料包括：二水乙酸锂60份、乙二醇60份、二氧化硅气凝胶30份、四水乙酸锰30份、柠檬酸30份、有机物溶液240份，所述有机物溶液按照重量份的原料包括：十六烷基三甲基溴化铵150份、甲醛30份、间苯二酚60份。
所述锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将的二氧化硅气凝胶溶于去离子水中，并在210W的功率下，超声80min后，配置得到混合溶液A备用；
（2）称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于110ml的蒸馏水中，将混合溶液A缓慢加入到上述溶液中，在110W的功率下超声35min，配置得到混合溶液B；
（3）将柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加混合溶液B中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为7，配置得到混合溶液C；
（4）将混合溶液C置于90℃的水浴中，并不断搅拌得到凝胶；
（5）将步骤（4）所得凝胶置于125℃真空干燥箱中干燥12h，得到干凝胶，并充分研磨；
（6）将步骤（5）所得干凝胶置于450℃充满氮气气氛的管式炉中烧结6h，冷却后充分研磨；得到预烧产物；
（7）将预烧产物在充满氮气气氛的管式炉中，于800℃下焙烧13h，冷却研磨得所述硅酸锰锂材料；
（8）将上述硅酸锰锂材料与有机物溶液在100℃条件下均匀搅拌并发生化学反应60min，再在750℃的温度下保温3h，得到表面包覆有高分子的锂离子电池正极材料，再经过过滤、洗涤和烘干，然后在惰性气氛中碳化，从而得到锂离子电池正极材料成品。
本发明原料来源简单易得、方法简单方便、易于控制、大大缩短了合成周期、降低了成本，而且材料的结晶程度高，能耗低，能在材料表面形成一层均匀的碳膜，使得产物具有优异的倍率性能，并且比容量相对于没有经过修饰的材料得到了大幅度的提高，容易进行工业化生产。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。