一种微波离子热合成硅酸锰锂正极材料的方法技术

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微波离子热合成硅酸锰锂正极材料的方法。本发明专利技术利用对微波有强烈吸收效应的离子液体为添加剂和离子液体作为形貌调控剂的作用，采用微波离子热合成方法直接得到纯相、特殊形貌的硅酸锰锂正极材料。其制备方法包括：称料、球磨混合、微波反应、洗涤过滤。与传统的水热法合成和微波反应相比，缩短了反应时间，提高了反应安全性，易于得到纯相，具有特殊形貌的硅酸锰锂正极材料。本发明专利技术提供了微波离子热制备硅酸锰锂正极材料的新方法，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
，。尤其涉及一种添加微观形貌调节剂一离子液体，采用微波离子热法合成锂离子电池用硅酸锰锂正极材料的方法。技术背景微波合成法是利用高频微波能，在很短时间内产生大量的热，从而促进各类化学反应的进行，是更有效的能量利用和加热方式。微波加热合成能大幅度加快反应分子的运动与碰撞速度，有利于晶核的大量形成，可限制晶体粒径的增加，能够合成出比常规方法所制备晶体的粒径更小、更均匀的纳米材料。目前，微波合成技术已广泛应用于纳米材料的制备。2007年，LU等人采用单质Si粉和酚醛树脂为原料，并以10°C /min的升温速率在 1300 1400°C/0.5 2h的条件下制备出了直径约为20 IOOnm的SiC纳米线(LU Bin, LIU Ji Xuan, ZHU Hua Wei, JIAO Xian He. SiC Nanowires Synthesized by Microwave Heating. Journal of Inorganic Materials，2007，22(6) :1135-1138) 离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类。由于它具有很低的蒸汽压、低毒性、不可燃性、宽的电势窗、高的离子导电性和较好热稳定性，近年来，室温离子液体在许多领域中的潜在应用而引起人们极大的兴趣。它既可以为反应物提供反应介质，同时又可以充当形貌模板剂来制备具有新奇形貌和性质的材料。2011年，Ma等人以BiCl3和CH3CSNH2为原料，添加了离子液体 BF4,合成出具有花状形貌的纳米 Bi2S3 材料(Zhen Ma, Jihong Yu, Sheng Dai. Preparation of inorganic Materials Using Ionic Liquials. Advanced materials. 2011,23, 1385-1388)。从微波化学角度看，离子液体具有很高的极化率，可以作为一种很好的微波吸收剂而产生很快的加热速度。锂离子二次电池以优良的综合性能在新能源领域的研究和应用成为最受欢迎的绿色二次电池之一，Wang等人用乙醇作分散剂，以草酸亚铁、碳酸锂和磷酸二氢铵为原料，利用微波法合成的LiFeP04/C材料在0. IC比率下首次放电比容量达140mAh/g(WANG Zhi Gao, LI Jian Ling, WANG Xin Dong. Preparation and performance of LiFeP04/C by microwave processing . Battery Bimonthly, 2006, 36 (2) :142-143)。Zhou 等人以 LiOH -H2O和Co3O4为原料，微波合成的LiCoO2正极材料首次充电比容量达156. 17mAh/g，第一次放电比容量为 149. 43mAh/g(ZH0U Chun xian, XU Hui, CHEN Bai Zhen, SU Yuan Zhi. Preparation of the Cathode Material LiCoO2 of Lithium ion Batteries by Microwave Processing . Materials Science, 2006, 20 (5) :294-302)。2009 年，法国 N. Recham 等人以 FeC2O4 · 2H20 和 LiH2PO4 为铁源和锂源，以离子液体BF4、[BmimjNTf2, [EmimjNTf2 为溶剂，于250°C反应24h，得到了正极材料LiFeP04。近年来,发现了与LiFePO4同构的Li2MSiO4(Μ = Mn,Fe,Co,Ni)系列新型娃酸盐基正极材料，它们理论上可以有两个锂离子脱出而具有更高的比能量，其中硅酸锰锂的放电比容量高达333mAh/g。2010年,美国T. Muraliganth等人采用正娃酸乙酯、乙酸猛、氢氧化锂为原料，四甘醇为溶剂，微波溶剂热合成了 Li2MnSiO4正极材料。现有的水热法、固相法、 Sol-gel法难以合成出纯相的Li2MnSiO4正极材料。微波离子热法结合微波加热和离子液体的优点，具有合成快速、操作简便、产率高、绿色环保等特点，为化学合成提供了一种全新的合成手段。目前，微波离子热合成硅酸锰锂还没有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，其特征在于该方法是在微波存在条件下，以离子液体为添加剂进行的反应，具有反应高效、加热均匀、 易于控制等优点。所述的其特征在于包括以下步骤步骤I :按摩尔比例X I I (X = 4 8)称取一水氢氧化锂、四水乙酸锰、正硅酸乙酯，添加一定比例的离子液体。步骤2 :将所称取药品溶于一定体积的去离子水，放置于球磨罐中，以转速150转/ 分钟,球磨混合10分钟。步骤3 :将混合浆料倒入微波反应釜中，设置反应温度、反应时间，待反应结束后， 取出反应釜，静置冷却至室温。步骤4:用去离子水和无水乙醇进行洗涤、过滤至中性后，于真空干燥箱中干燥， 即得到Li2MnSiO4正极材料粉体。所述的离子液体为咪唑氯盐Cl、Cl、Cl>Cl ;咪唑溴盐Br> Br> Br> Br ； BF4 ； PF6 中至少一种。所述的加入的离子液体的比例为n离子液体ηβββ= I : 4 3 : I。所述的浆料在微波反应釜中反应时，其反应温度为160 200°C，反应时间为30 60分钟。本专利技术的有益效果是采用了对微波具有强烈吸收效应的离子液体为添加剂，以微波作为反应的热源，利用离子液体作为结晶微观形貌模板剂，通过调节离子液体添加量、锂锰硅比、反应温度、反应保温时间，制备出硅酸锰锂正极材料。本专利技术与传统的水热反应和微波反应相比，反应过程中受热更加均匀，很大程度上缩短了反应时间，可制备出纯相的、 具有多种特殊微观形貌的硅酸锰锂正极材料。该合成方法提供了一种制备硅酸锰锂正极材料的新方法，在锂离子电池正极材料领域具有广泛的应用前景。附图说明图I为实施例图2为实施例图3为实施例图4为实施例图5为实施例图6为实施例图7为实施例I中正极材料的XRD图。 I中正极材料的SEM图。 2中正极材料的XRD图。 2中正极材料的SEM图。 3中正极材料的XRD图。 3中正极材料的SEM图。 4中正极材料的XRD图。图8为实施例4中正极材料的SEM图。图9为实施例E中正极材料的XRD图。图10为实施列5中正极材料的SEM图。图11为实施列6中正极材料的XRD图。图12为实施列6中正极材料的SEM图。图13为实施列7中正极材料的XRD图。图14为实施例7中正极材料的SEM图。图15为实施列8中正极材料的XRD图。图16为实施列8中正极材料的SEM图。图17为实施列9中正极材料的XRD图。图18为实施列9中正极材料的SEM图。图19为实施列10中正极材料的XRD 图。图20为实施列10中正极材料的SEM 图。图21为实施列11中正极材料的XRD 图。图22为实施列11中正极材料的SEM 图。图23为实施列12中正极材料的XRD 图。图24为实施列12中正极材料的SEM 图。图25为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波离子热合成硅酸锰锂正极材料的方法，其特征在于，是在微波存在条件下，以离子液体为添加剂，利用微波合成仪反应合成锂离子电池正极材料Li2MnSiO4的方法，其具体步骤为：按照摩尔比例x∶1∶1(x＝4～8)称取一水氢氧化锂、四水乙酸锰、正硅酸乙酯和一定比例的离子液体，溶于一定体积去离子水中，置于球磨罐中，以转速150转/分钟，球磨混合10分钟将混合浆料倒入微波反应釜中，设置反应温度、反应时间，待反应结束后，取出反应釜，静置冷却至室温用去离子水和无水乙醇进行洗涤、过滤至中性后，于真空干燥箱中干燥，即得到Li2MnSiO4正极材料粉体。FSA00000814678700011.tif,FSA00000814678700012.tif

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍华，刘瑶，张雅倩，邓丽娜，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：