一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学计量比混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为0.1～2mol/L；将得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂调节pH为6～10，然后在水热反应釜中在温度为160～220℃条件下水热反应2～20h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn

【技术实现步骤摘要】
一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法
本专利技术涉及一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，属于锂离子电池电极材料

技术介绍
钴酸锂（LiCoO2）是目前商品化锂离子电池中应用最广泛的正极材料，但钴资源匮乏，造成LiCoO2材料价格高昂，增加了锂离子电池的材料成本。橄榄石型磷酸锰锂（LiMnPO4）具有4.1V的电压平台，与LiCoO2的4V平台基本一致，而且生产原料来源广泛，是一种物美价廉的正极材料，可望替代LiCoO2材料。然而，纯的LiMnPO4材料电化学活性低，无法满足实际应用的要求，但通过阳离子取代、减小颗粒尺寸和碳包覆等方法改性后，所得LiMnPO4基材料性能得到了极大提高，近年来引起了人们极大的关注。其中，锰位铁镁共取代磷酸锰锂基正极材料（LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4，0≤x≤0.05）具有优异的电化学性能，表现出了很好的应用前景。目前，制备LiMnPO4基材料的方法有固相法、溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、共沉淀法等，其中水热法在低温下即可制备高结晶度的LiMnPO4基材料，但目前报道的工艺都需要锂过量，使得水热反应后溶液中残留大量未反应的锂盐，如果不回收处理则造成锂的大量浪费，而回收处理则增加工艺环节，因此锂的过量无论回收与否都将显著增加水热法制备的成本。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法。该方法只要按LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4（0≤x≤0.05）的计量比配料，无需锂过量，通过水热反应即可合成高结晶度的LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4正极材料，本专利技术通过以下技术方案实现。一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4化学计量比（锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1:0.8:0.2-x:x:1）混合得到混合物，其中0≤x≤0.05，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为0.1～2mol/L；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂调节pH为6～10，然后在水热反应釜中在温度为160～220℃条件下水热反应2～20h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4复合正极材料。所述步骤（1）中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、硫酸锂或氯化锂。所述步骤（1）中锰源为硫酸锰或氯化锰。所述步骤（1）中铁源为硫酸铁或氯化铁。所述步骤（1）中镁源为硫酸镁或氯化镁。所述步骤（1）中磷源为磷酸二氢锂、磷酸氢二钾或磷酸。所述步骤（2）中pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。本专利技术的有益效果是：本专利技术实现了计量比配料水热反应制备LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4（0≤x≤0.05）正极材料，避免了有价金属锂源的过量和额外的锂回收处理环节，简化了工艺流程，从而可以有效降低材料制备成本。附图说明图1是本专利技术实施例1制备LiMn0.8Fe0.2PO4复合正极材料的XRD图；图2是本专利技术实施例2制备LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4复合正极材料的XRD图；图3是本专利技术实施例2制备LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4复合正极材料的SEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.2PO4化学计量比（锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1:0.8:0.2:0:1）混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为0.5mol/L；其中锂源为氢氧化锂，锰源为硫酸锰，铁源为硫酸铁，磷源为磷酸；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂（氢氧化钠溶液）调节pH为8，然后在水热反应釜中在温度为200℃条件下水热反应10h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后（80℃烘干）得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn0.8FePO4复合正极材料。本实施例制备得到的LiMn0.8Fe0.2PO4复合正极材料的XRD图如图1所示，图示表明制备的材料为单一的橄榄石型相，并且具有很好的结晶度。实施例2该水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4化学计量比（锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1:0.8:0.19:0.01:1）混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为0.1mol/L；其中锂源和磷源为磷酸二氢锂，锰源为硫酸锰，铁源为硫酸铁，镁源为硫酸镁；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂（氢氧化钠溶液）调节pH为7，然后在水热反应釜中在温度为160℃条件下水热反应20h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后（100℃烘干）得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4复合正极材料。本实施例制备得到的LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4复合正极材料XRD图如图2所示，表明制备的材料为单一的橄榄石型相，并且具有很好的结晶度；LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4复合正极材料的SEM图如图3所示，所得复合正极材料粉末颗粒为纤维状团聚体，一次颗粒为亚微米级。实施例3该水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.18Mg0.02PO4化学计量比（锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1:0.8:0.18:0.02:1）混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为1.5mol/L；其中锂源为氯化锂，锰源为氯化锰，铁源为氯化铁，镁源为氯化镁，磷源为磷酸氢二钾；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂（氢氧化钾溶液）调节pH为9，然后在水热反应釜中在温度为180℃条件下水热反应15h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后（150℃烘干）得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn0.8Fe0.18Mg0.02PO4复合正极材料。实施例4该水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.15Mg0.05PO4化学计量比（锂离子、锰离子、铁离子、镁离子与磷酸根离子的摩尔比为1:0.8:0.15:0.05:1）混合得到混合物，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为2mol/L；其中锂源为氯化锂，锰源为氯化锰，铁源为氯化铁，镁源为氯化镁，磷源为磷酸氢二钾；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂（氢氧化钾溶液）调节pH为10，然后在水热反应釜中在温度为220℃条件下水热反应2h，水热反应完成后离心分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn

【技术特征摘要】
1.一种水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其特征在于具体步骤如下：（1）室温下，将锂源、锰源、铁源、镁源和磷源按照化学式LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4化学计量比混合得到混合物，其中0≤x≤0.05，然后加入水形成溶液或悬浮液，溶液或悬浮液中锂离子浓度为0.1～2mol/L；（2）将步骤（1）得到的溶液或悬浮液加入pH调节剂调节pH为6～10，然后在水热反应釜中在温度为160～220℃条件下水热反应2～20h，水热反应完成后离心分离得到固体产物，固体产物干燥后得到磷酸锰锂基复合正极材料，即LiMn0.8Fe0.2-xMgxPO4复合正极材料。2.根据权利要求1所述的水热法制备磷酸锰锂基复合正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海升，卢小朋，王星宁，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53