本发明专利技术公开了属于电化学电源材料制备技术领域的一种有机物添加剂辅助水热合成一维纳米形貌硅酸锰锂正极材料的方法。本发明专利技术利用廉价的有机物添加剂聚乙烯醇(PVA)、抗坏血酸(VC)作形貌导向调控剂，采用简单易行的软模板法结合水热合成方法直接得到一维纳米形貌硅酸锰锂正极材料；同时原位引入碳源，通过进一步的煅烧工艺原位生成Li2MnSiO4/C复合正极材料，提高了电极电化学性能。相对于固相法、溶胶凝胶法，更易得到纯相，电极的电池充放电性能也得到较大提高。该合成方法提供了制备硅酸锰锂一维纳米正极材料的方法，在锂离子电池正极材料领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学电源材料制备
，尤其涉及ー种在添加对晶体生长起特殊导向作用的有机物的环境中制备纳米线/棒状形貌锂离子电池用正极材料硅酸锰锂的水热合成方法。
技术介绍
在各种形态的纳米材料中，ー维纳米材料和特殊形貌纳米材料的制备是纳米材料在纳米器件、催化剂和传感器等方面获得应用的关键，20世纪80年代以来，零维的材料取得了很大的进展，但ー维纳米材料的制备与研究仍面临着巨大的挑战，在今后相当长时期内将成为纳米材料研究的重点领域。 合成ー维纳米材料主要有以下几种思路(I)利用固体本身的各向异性的晶体结构来实现ー维生长；(2)引入液-固界面来降低晶种的対称性；(3)用各种具有一维形貌的模板来引导ー维纳米结构的形成；(4)通过控制过饱和度来改变晶种的生长习性；(5)用合适的capping试剂(包裹剂)从动力学角度控制晶种不同晶面的生长速度；(6)通过零维纳米结构的自组装来实现ー维纳米结构的形成；(7)降低微结构的尺寸，等等。其中模板法合成ー维纳米材料具有普适性，而被广泛采用。模板法分为“硬模板法”和“软模板法”。硬模板目前常使用的是多孔模板，如阳极氧化铝、沸石分子筛、碳纳米管等，多孔模板使用最多的是用电化学沉积的方法制备ー维纳米材料。Zhou等用孔状氧化铝膜(AAO)模板与LiAC和Mn (AC) 2混合溶液作用，干燥后并烧结即得沉积在孔内的LiMn2O4纳米棒，用NaOH去除模板得到直径200nm的LiMn2O4纳米棒(Ying-ke Zhou, Cheng-minShen, jier Huang，Hu-_Lin Li. synthesis of high-oraered LiMn2O4 nanowire arrays byAAO template and its structural properties. Materials Science and EngineeringB-Solid State Materials for Advanced Technology，2002，95 :77-82) Liu 等以 LiN03、FeSO4、磷酸ニ氢铵和柠檬酸为原料，溶胶-凝胶法与多孔AAO模板复合，得到LiFePO4 —维纳米阵列(Xiao-hong Liu, Jin-qing Wang, Jun-yan Zhang, Sheng-rong Yang. Fabricationand characterization of LiFePO4 nanotubes by a soI-gel-AAO template process.Chinese Journal of Chemical Physics，2006，19 (6) :530-534)。硬模板法合成受限于模板本身和所合成物质的物理化学性质，因此缺乏变化。而且由于模板的孔径都比较大，合成出的材料往往都有比较大的尺寸。软模板主要有表面活性剂模板和生物大分子模板。表面活性剂如聚丁烯醇(PVB)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚こ烯基吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等作为模板作用下，通过控制表面活性剂的浓度等エ艺參数，可以制得ー维多晶纳米材料。但用于锂离子电池正极材料的研究还未见报道。近来，发现了与LiFePO4同构的Li2MSiO4(M = Mn, Fe, Co, Ni)系列新型娃酸盐基正极材料，由于它们理论上可以有两个锂离子脱出而具有更高的比能量、原料自然资源丰富和环境友好等的特性开始引起人们的关注。Li2MnSiO4容易合成纯相，具有闻的通论电压平台4. IV，与LiCoO2的电压平台(3. 9 4. OV)相当，适合目前的电池体系，可能是将来替代LiCoO2的廉价绿色电极材料。Milke等以こ酸锂、醋酸锰和SiO2为原料，以水为溶剂，200°C下水热反应3天，但得到的水热产物为纳米圆球状形貌(Bettina Milke, PeterStraucn, Markus Antonietti, Cristina Giordano. Synthesis of LiyMnSiOx and LiMnPO7lnanostructures. Nanoscale, 2009,1 :110-113)。Muraliganth 等以 LiOH · H20、こ酸猛和正硅酸こ酯为原料，以こニ醇为溶剤，微波辅助水热300°C下反应20分钟，得到的水热产物与蔗糖混合后，在氩气气氛中650°C煅烧6h，但得到的是纳米颗粒团聚形貌Li2MnSiO4CLMuraliganth, K.R. Stroukoff, A. Manthiram. Microwave-Solvothermal Synthesis ofNanostructured Li2MSiO4/C (Μ = Mn and Fe；Cathodes for Lithium-Ion Batteries. Chem.Mater. 2010,22 :5754-576)。Aravindan 等以 LiOH .H20、MnCl2 ·4Η20 和 SiO2 为原料，以水和こニ醇混合为溶剤，150°C下水热反应48h，得到的水热产物与己ニ酸混合后，在氩气气氛中700°C煅烧得到 Li2MnSiO4,但得到的是花状形貌(V Aravindan, K Karthikeyan, J W Lee, SMadhavi, Y S Lee. Synthesis and improved electrochemical properties of Li2MnbiO7l cathodes, J. Phys. D Appl. Phys. 2011,44 :152001)。模板法具有良好的可控性，可以对所得材料的结构进行有效的控制，是制备特殊形貌材料的关键技术之一。水热法可以合成纳米级锂离子电池材料，所制得的纳米电池材料缩短了离子扩散路径，具有较大的比表面积，有利于增加电极的嵌锂容量和倍率性。水热法结合模板法制备特殊形貌纳米级Li2MnSiO4正极材料还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备纳米线/棒状形貌锂离子电池用正极材料硅酸锰锂的水热合成方法。目的在于公开ー种在添加有机物聚こ烯醇(PVA)或抗坏血酸(VC)的水热环境中来制备纳米线/棒状锂离子电池用正极材料硅酸锰锂的水热合成方法。一种制备纳米线/棒状锂离子电池用正极材料硅酸锰锂的水热合成方法，其特征在于，在原料中加入有机物聚こ烯醇(PVA)、抗坏血酸(VC)，作为导向剂来制备纳米线/棒状硅酸锰锂的水热合成方法，其具体步骤为以一水氢氧化锂、四水こ酸锰、正硅酸こ酯为母体原料按照X I 1(2彡X彡8)摩尔配比称取并溶于一定体积量的去离子水中，放置到球磨罐中，加入一定质量分数的有机物添加剤，以150 200转/分的转速球磨10分钟，倒入带有聚四氟こ烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后将反应釜放入可旋转的均相反应器中以10 30转/分的转速，在150°C 220°C下水热反应24 72h。反应完成后取出反应釜，冷却至室温，取出反应产物。用去离子水和酒精进行洗涤、过滤、干燥后，即得到Li2MnSiO4 —维纳米正极材料粉体，进ー步在高纯氮气、氩气气氛下，经过500 800°C的煅烧处理5 10本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种有机物添加剂辅助水热合成ー维纳米形貌硅酸锰锂正极材料的方法，其特征在于，在原料中加入有机物聚こ烯醇(PVA)、抗坏血酸(VC)，作为导向剂来制备纳米线/棒状形貌硅酸锰锂的水热合成方法，其具体步骤为 以一水氢氧化锂、四水こ酸锰、正硅酸こ酯为母体原料按照χ I 1(2 < χ < 8)摩尔配比称取并溶于一定体积量的去离子水中，放置到球磨罐中，加入一定质量分数的有机物添加剤，以150 200转/分的转速球磨10分钟，倒入带有聚四氟こ烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后将反应釜放入可旋转的均相反应器中以10 30转/分的转速，在150°C 220°C下水热反应24 72h。反应完成后取出反应釜，冷却至室温，取出反应产物。用去离子水和酒精进行洗涤、过滤、干燥后，即得到Li2MnSiO4 —维纳米正极材料粉体，进ー步在高纯氮气、氩气气...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍华，刘瑶，徐彩虹，李亚敏，蔡方田，张雅倩，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
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