本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法。本发明专利技术属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术工艺步骤为：第一步，水热合成反应制备LiMnxFe1-xPO4 ：将氢氧化锂水溶液、硫酸亚铁水溶液和磷酸，在搅拌条件下混合，密封后，在0.5-2.0小时内升温至150-180℃，在0.48～1.0Mpa压力下，反应0.5-4小时，冷却至80℃以下，过滤；第二步，与有机物混合并干燥：湿滤饼与可溶性碳源有机物混合，喷雾干燥或闪蒸干燥；第三步，碳包覆处理：将LiMnxFe1-xPO4碳源复合物粉末在惰性气体条件下，于600～750℃焙烧4～6小时，冷却至150℃以下，得到碳包覆的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料。本发明专利技术具有工艺简单可控，操作方便，成本低廉，产物结晶程度高，分散均匀，比容量高及循环容量保持率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池
，特别是涉及。
技术介绍
目前，以磷酸铁锂为代表的具有橄榄石结构的正极材料，因其具有安全性、价廉性、环境友好性等特点。随着能源结构的调整，储能领域对正极材料的性能提出了更高的要求，即材料不仅要具有高的比容量，还要具有高的比能量。现有的对磷酸铁锂进行改性的方法中，有用过渡金属做为掺杂剂以提高其电化学性能的方法。但是所得材料只有一个放电平台。如CN1785799A提出了过渡元素锂位掺杂磷酸铁锂粉体的制备方法，提高了磷酸铁锂的倍率性能和循环性能，但此方法所得材料的比容量较低，放电电压平台为3. 4V，比能量未得到提高。CN101212049A公开了掺杂的磷酸铁锂活性物质与碳组成的正极材料及其制备方法，此材料的放电电压在2. 8V，材料的比能量偏低。国夕卜的文献中，Jiajun Chen, Shijun Wang, Μ. Stanley Whitlingham (Hydrothermal synthesis of cathode materials. Journal of Power Sources 174(2007) :442-448)报道了用水热法合成LiMn/ei_xP04，x=0时，在180°C反应釙得到纯相的LiFePO4,产物为菱形片状，片厚约lOOnm，边长l-3um。x=l时，在200°C反应2天，得到纯相LiMnPO4,其形貌为由直径数百纳米，长3Mm的棒状颗粒组成的直径为25-50Mm团簇状球。 x=0. 5时，产物的形貌为由方块的晶粒组成的团簇。该材料存在不具有高的容量和比能量等技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供。本专利技术的目的是提供一种具有工艺简单可控，操作方便，成本低廉，产物结晶程度高，物相单一，颗粒细小，分散均勻，产物具有较高的比容量及循环容量保持率等特点的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法。本专利技术为具有较高放电平台和较高比容量的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂制备技术，用水热法制备材料，实现元素铁与锰在固相产物中互溶，通过控制工艺条件控制材料的颗粒大小，提供一种具有纳-微米结构、具有高的比容量和比能量的锂离子电池正极材料。本专利技术通过控制反应物的配比以控制材料的组成，通过控制加料和搅拌速度从而控制晶核的生成速度进而控制颗粒大小；通过控制升温速度而控制晶体的形貌。本专利技术锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是，其特点是水热合成方法包括以下步骤，第一步，水热合成反应制备基础材料LiMrixFei_xP04将氢氧化锂水溶液、硫酸亚铁水溶液和磷酸，在搅拌条件下混合，密封后，在0. 5-2. 0 小时内升温至150-180°C，在0. 48 1. OMpa压力下，反应0. 5-4小时，冷却至80°C以下，过滤得到滤饼和母液；第二步，与有机物混合并干燥湿滤饼与可溶性碳源有机物混合，喷雾干燥或闪蒸干燥的方式在空气中干燥，得到 LiMnxFe1^xPO4碳源复合物粉末； 第三步，碳包覆处理将LiMrixFei_xP04碳源复合物粉末在惰性气体条件下，于600 750°C焙烧4 6小时， 冷却至150°C以下，出料，得到碳包覆的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料。本专利技术锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法还可以采取如下技术方案所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是氢氧化锂水溶液的浓度为0. 3 3. 6 mol/L Li+，硫酸亚铁水溶液的浓度为0. 1 1. 2mol/L i^e2+，磷酸为 50 85%的工业磷酸；三种溶液混合时，摩尔比例为Li:M:P=3. 00 3. 20:1. 00:1. 03 1. 15，其中，11为佝源和Mn源的混合物，M=Mnx+Fei_x，0. 01彡χ彡0. 80，χ表示锰元素与锰、 铁元素合量的摩尔比。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是氢氧化锂水溶液、硫酸亚铁水溶液和磷酸在搅拌条件下混合的顺序有4种加料方式(1)先将硫酸亚铁水溶液加入磷酸，混合，再将氢氧化锂水溶液加入上述混合液，混合；(2)先将磷酸加入氢氧化锂水溶液，混合，再将硫酸亚铁水溶液加入上述混合液，混合；或(3)先将硫酸亚铁水溶液加入磷酸，混合，再将氢氧化锂水溶液加入上述混合液，混合；或(4)先将磷酸加入硫酸亚铁水溶液，混合，再将氢氧化锂水溶液加入上述混合液，混合。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是4种加料方式中，前两种物质混合后再与第三种物料混合时，在强力搅拌下2 5分钟内完成加料。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是搅拌速度 200 — 400rpm。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是有机物为葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、可溶性酚醛树酯，有机物与LiMnxFehPO4W干基质量比为10 20 100。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是喷雾干燥或闪蒸干燥的操作条件为空气气氛或烟道气气氛，进料口气体温度350°C — 500°C，出料口气体温度100 - 200°C。所述的锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特点是碳包覆处理时，采取自然冷却方式冷却至150°C以下，出料用325目筛进行筛分。本专利技术具有的优点和积极效果是锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法由于采用了本专利技术全新的技术方案， 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1.反应原料以溶液形式进行反应，各种物料能够达分子级混合。产物的结晶程度高， 物相单一，颗粒细小，分散均勻，并且在锂离子扩散方向上具有纳米结构，产物具有较高的比容量及循环容量保持率。2.产物相应具有4. IV和3. 45V两个充放电平台，两个平台的长度比与锰和铁的摩尔比相对应，产物具有较高的比能量。3.通过控制加料方式、加料速度、搅拌速度来控制晶核生成速度，通过控制升温速度以控制晶体生长从而控制颗粒大小，有利于生产控制及降低成本。4.设备投资小，工艺简单可控，产品的批次稳定性好。本专利技术可以显著提高材料的比容量和比能量，在二次锂离子电池特别是动力锂离子电池和储能电池方面具有极大的应用前景。附图说明图1是本专利技术所得产物的XRD图谱；LiMnxFei_xP04/C产物的XRD图谱，其中，x=0. 6为实施例1的样品，x=0. 8为实施例2的样品，x=0. 3为实施例3的样品，x=0. 02为实施例5的样品。图2是本专利技术所得产物的扫描电镜照片； 图3是本专利技术所得产物的放电曲线；LiMnxFei_xP04/C的放电曲线的测试条件25°C，0. 2C倍率放电。其中，x=0. 6为实施例1 的样品，x=0. 8为实施例2的样品，x=0. 3为实施例3的样品，x=0. 02为实施例5的样品， X=O为比较例1的样品。具体实施例方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并结合附图详细说明如下实施例1反应釜有效容积为1000L，导热油夹套方式加热。第一步，水热合成反应制备基础材料LiMnaf^ea4PO4 (Li :M:P=3. 00:1.00:1.03, x=0. 6)称取 44. 5kg 即 0. 16k本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的水热合成方法，其特征是：水热合成方法包括以下步骤，第一步，水热合成反应制备基础材料ＬｉＭｎｘＦｅ１－ｘＰＯ４将氢氧化锂水溶液、硫酸亚铁水溶液和磷酸，在搅拌条件下混合，密封后，在０．５－２．０小时内升温至１５０－１８０℃，在０．４８～１．０Ｍｐａ压力下，反应０．５－４小时，冷却至８０℃以下，过滤得到滤饼和母液；第二步，与有机物混合并干燥湿滤饼与可溶性碳源有机物混合，喷雾干燥或闪蒸干燥的方式在空气中干燥，得到ＬｉＭｎｘＦｅ１－ｘＰＯ４碳源复合物粉末；第三步，碳包覆处理将ＬｉＭｎｘＦｅ１－ｘＰＯ４碳源复合物粉末在惰性气体条件下，于６００～７５０℃焙烧４～６小时，冷却至１５０℃以下，出料，得到碳包覆的磷酸锰铁锂锂离子电池正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸥鹭，
申请(专利权)人：朱鸥鹭，
类型：发明
国别省市：12
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