專利名稱：橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池電極材料的合成方法，尤其是微波水熱制備橄欖石型鋰離 子電池正極材料磷酸錳鋰的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)境友好 等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于手機(jī)、手提電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式設(shè)備，近年來(lái)，在電動(dòng)交通工具 以及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。層狀含鋰過渡金屬氧化物L(fēng)iCoO2是目前 商品化鋰離子電池中應(yīng)用最廣泛的正極材料，但鈷資源缺乏，因此LiCoO2價(jià)格昂貴，最終使 得鋰離子電池的價(jià)格比較高，因此開發(fā)其他廉價(jià)的正極材料勢(shì)在必行。橄欖石型LiMnPO4電 壓平臺(tái)4. IV左右，正好與LiCoO2差不多，并且價(jià)格便宜，因此是一種物廉價(jià)美的正極材料， 可望用來(lái)替代LiCo02。目前，橄欖石型LiMnPO4的制備方法不多，有固相法、溶膠-凝膠法 以及傳統(tǒng)水熱法。固相法和溶膠_凝膠法都需要高溫?zé)Y(jié)，不僅能耗大，而且顆粒尺寸不容 易控制，高溫下容易長(zhǎng)大，較難制得高電化學(xué)活性LiMnPCV傳統(tǒng)水熱法可以在很低的溫度 下制備結(jié)晶完好并且具有電化學(xué)活性的LiMnPO4，但存在加熱速度慢、受熱不均勻、反應(yīng)時(shí) 間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。微波水熱法是近年來(lái)國(guó)際上開發(fā)的一種功能材料制備新方法，與傳統(tǒng)水熱 法相比，具有加熱速度快、反應(yīng)體系受熱均勻、反應(yīng)靈敏、反應(yīng)溫度更低和反應(yīng)時(shí)間更短的 優(yōu)點(diǎn)，因此更容易實(shí)現(xiàn)功能材料的可控制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種制備橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱方法。 該方法具有反應(yīng)條件溫和、過程簡(jiǎn)單快速高效、制備成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明涉及橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法，具體過 程如下1、室溫下，配制濃度為0. 1 2mol/L的錳鹽和磷酸或磷酸鹽的混合水溶液，其中 錳離子磷酸根離子(Mn PO43O的摩爾比為1 1 ；配制濃度為0. 1 3. 5mol/L的氫氧 化鋰水溶液；2、將氫氧化鋰水溶液與錳鹽和磷酸或磷酸鹽的水溶液混合，pH值控制在6 11之 間；3、將上述的混合液進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為70 80%，反應(yīng)溫度為 160 200°C，反應(yīng)時(shí)間為0. 5 6小時(shí)，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然 后放入烘箱中在100 150°C下干燥5 12小時(shí)，所得則為橄欖石型鋰離子電池正極材料 LiMnPO4。其中上述制備過程中所用的錳鹽可以是硝酸錳、硫酸錳、氯化錳、醋酸錳中的一種 或幾種；磷酸鹽可以是磷酸二氫銨、磷酸一氫銨、磷酸銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉中的一種或幾種。本發(fā)明通過控制反應(yīng)物濃度、溶液pH值以及反應(yīng)溫度和時(shí)間，然后利用微波水熱 使得反應(yīng)體系受熱更加快速均勻，加速反應(yīng)過程，以高效制備橄欖石型鋰離子電池正極材 料 LiMnP04。本發(fā)明的微波水熱法制備橄欖石型LiMnPO4具有工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)快速、成本低的優(yōu) 點(diǎn)，同時(shí)制備的橄欖石型LiMnPO4結(jié)構(gòu)完善，結(jié)晶完好。


圖1實(shí)施例1所制備橄欖石型LiMnPO4的XRD圖。
圖2實(shí)施例1所制備橄欖石型LiMnPO4的SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 室溫下，配制濃度為0. 5mol/L的硫酸錳和磷酸二氫銨混合水溶液，其中錳 離子磷酸根離子(Mn PO43-)的摩爾比為1 1 ；配制濃度為lmol/L的氫氧化鋰水溶液； 將氫氧化鋰水溶液加入到硫酸錳和磷酸二氫銨的混合水溶液中，溶液的PH為 9;將所得 混合液進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為80%，反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)， 將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在150°C下干燥12小時(shí)，所 得則為橄欖石型鋰離子電池正極材料LiMnPCV圖1是所制備橄欖石型LiMnPO4的XRD圖。圖示表明制備的材料為單一的橄欖石 型LiMnPO4,并且具有很好的結(jié)晶度。圖2是所制備橄欖石型LiMnPO4的SEM圖。顆粒大小在150 500納米左右。實(shí)例2 室溫下，配制濃度為lmol/L的氯化錳和磷酸混合水溶液，其中錳離子磷 酸根離子(Mn P043_)的摩爾比為1 1;配制濃度為2mol/L的氫氧化鋰水溶液；將氫氧 化鋰水溶液加入到氯化錳和磷酸的混合水溶液中，溶液的PH為 10 ；將所得混合液進(jìn)行微 波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為80%，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，將微波水熱反 應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在120°C下干燥12小時(shí)，所得則為橄欖石 型鋰離子電池正極材料LiMnPO4。實(shí)例3 室溫下，配制濃度為lmol/L的硫酸錳和磷酸混合水溶液，其中錳離子磷 酸根離子(Mn P043_)的摩爾比為1 1;配制濃度為3mol/L的氫氧化鋰水溶液；將氫氧 化鋰水溶液加入到硫酸錳和磷酸的混合水溶液中，溶液的PH為 10 ；將所得混合液進(jìn)行微 波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為75%，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)，將微波水熱反 應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在120°C下干燥12小時(shí)，所得則為橄欖石 型鋰離子電池正極材料LiMnPO4。實(shí)例4 室溫下，配制濃度為lmol/L的醋酸錳和磷酸二氫鉀混合水溶液，其中錳 離子磷酸根離子(Mn PO43-)的摩爾比為1 1 ；配制濃度為1. 5mol/L的氫氧化鋰水溶 液；將氫氧化鋰水溶液加入到醋酸錳和磷酸二氫鉀的混合水溶液中，溶液的PH為 9. 5 ；將 所得混合液進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為75%，反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為5 小時(shí)，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在100°C下干燥12小 時(shí)，所得則為橄欖石型鋰離子電池正極材料LiMnP04。
權(quán)利要求
橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法，其特征在于室溫下，配制濃度為0.1～2mol/L的錳鹽和磷酸或磷酸鹽的混合水溶液，其中錳離子∶磷酸根離子的摩爾比為1∶1；配制濃度為0.1～3.5mol/L的氫氧化鋰水溶液；將氫氧化鋰水溶液與錳鹽和磷酸或磷酸鹽的水溶液混合，pH值控制在6～11之間；將所得混合液進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)罐的填充度為70～80％，反應(yīng)溫度為160～200℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6小時(shí)，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用水充分洗滌、過濾，然后放入烘箱中在100～150℃下干燥5～12小時(shí)，所得則為橄欖石型鋰離子電池正極材料LiMnPO4。
2.如權(quán)利要求1所述的橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法， 其特征在于所述的錳鹽為硝酸錳、硫酸錳、氯化錳或醋酸錳中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法， 其特征在于所述的磷酸鹽可以是磷酸二氫銨、磷酸一氫銨、磷酸銨、磷酸二氫鉀或磷酸二 氫鈉中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的微波水熱合成方法。該方法以氫氧化鋰、錳鹽、磷酸或磷酸鹽為原料，配制一定濃度的溶液并通過控制氫氧化鋰的量來(lái)調(diào)變?nèi)芤旱膒H，然后將配制的溶液進(jìn)行微波水熱，所得產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、過濾和干燥，得到橄欖石型LiMnPO4粉體。該方法工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)快速高效、制備成本低，同時(shí)所制備的材料純度高，結(jié)構(gòu)完善，結(jié)晶完好。
文檔編號(hào)H01M4/58GK101830451SQ20091011125
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者吳茂祥, 方桂煌, 王衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所