本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種磷酸錳鋰納米片的制備方法，以乙二醇和水為溶劑，并引入聚乙二醇，影響晶核形成和晶體生長，實(shí)現(xiàn)磷酸錳鋰納米片的溶劑熱合成。首先將抗壞血酸溶解于水/乙二醇的溶劑中，再依次溶入磷酸和醋酸錳。然后將醋酸鋰的水/乙二醇溶液滴加到前面的含有磷酸、醋酸鋰和抗壞血酸的溶液中，再引入適量聚乙二醇，充分混合后獲得水/溶劑熱反應(yīng)的前驅(qū)體，將其密閉于反應(yīng)釜系統(tǒng)中，在160~240oC下進(jìn)行熱處理，溶劑熱反應(yīng)得到磷酸錳鋰納米片。本發(fā)明專利技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，顆粒分散性好，有利于鋰離子擴(kuò)散，提高鋰離子電池的電化學(xué)性能，且制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種磷酸錳鋰納米片的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料、儲能電池材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
鋰離子電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛應(yīng)用，并被逐步開發(fā)為電動汽車的動力電源，從而推動其向安全、環(huán)保、低成本及高比能量的方向發(fā)展。其中，新型電極材料特別是正極材料的研制極為關(guān)鍵。目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料集中于鋰的過渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2(M=Co, Ni，Mn)和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204。但作為正極材料它們各有缺點(diǎn)，LiCoO2成本高，資源貧乏，毒性大；鎳酸鋰(LiNiO2)制備困難，熱穩(wěn)定性差；LiMn204容量較低，循環(huán)穩(wěn)定·性尤其是高溫性能較差。為了解決以上材料的缺陷，人們做了大量研究，在對以上正極材料進(jìn)行各種改性以改善其性能的同時(shí)，新型正極材料的開發(fā)一直也是關(guān)注的重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，磷酸錳鋰材料工作電壓適中(4. IV)，理論容量高171mAh / g，循環(huán)性能好，成本很低，而且他的能量密度比磷酸鐵鋰高34%，，它的高能量密度和高安全性能使其在在動力鋰離子電池中具有突出應(yīng)用前景，不足之處是它的導(dǎo)電性差和鋰離子擴(kuò)散速度慢，這和磷酸錳鋰正極材料的微觀形貌有著極大的關(guān)聯(lián)。目前產(chǎn)業(yè)化的磷酸錳鋰正極材料基本都是高溫固相法合成，微觀形貌為塊，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備的磷酸錳鋰微觀形貌集中在菱型的塊狀和球形，這種形貌皆不利于提升鋰離子電池的能量密度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種工藝簡單，易于控制的磷酸錳鋰納米片的制備方法。本專利技術(shù)的磷酸錳鋰納米片的制備方法，采用的是水/溶劑熱合成法，具體包括以下步驟 1)將乙二醇和水按體積比9:1-1:1混合，得乙二醇和水的混合溶劑； 2)將抗壞血酸溶于所制備的乙二醇和水的混合溶劑中，攪拌至充分溶解，得到抗壞血酸溶液，抗壞血酸濃度為lO-lOOmmol/L ； 3)取步驟2)制備的抗壞血酸溶液，將磷酸和醋酸錳按P和Mn的摩爾比為1:1加入到抗壞血酸溶液中，攪拌至充分溶解，得到O. 2-0. 8mol/L磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液； 4)取步驟2)制備的抗壞血酸溶液，依據(jù)步驟3)磷酸的用量，按Li和P的摩爾比為1:1取醋酸鋰，將醋酸鋰加入到抗壞血酸溶液中，攪拌，得到O. 2-0. 8mol/L的醋酸鋰溶液； 5)在攪拌的狀態(tài)下，將步驟4)的醋酸鋰溶液以3ml-6ml/min的速率滴加到步驟3)的磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液中，醋酸鋰溶液和磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液的體積比是1: 1，混合完成后，至少攪拌30-60分鐘，得到含有沉淀的懸浮液； 6)將聚乙二醇引入步驟5)制備的懸浮液中，聚乙二醇與所制備的目標(biāo)磷酸錳鋰的質(zhì)量百分比為1_10%，然后轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，密閉，在160-240°C下保溫4-48小時(shí)后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇或丙酮清洗，40 100°C溫度下烘干，得到磷酸錳鋰納米片。本專利技術(shù)所用的原料其特征是磷酸、醋酸錳、醋酸鋰、抗壞血酸、聚乙二醇，和溶劑乙二醇、去離子水、丙酮的純度均不低于化學(xué)純。利用本專利技術(shù)所制備的磷酸錳鋰納米片為片狀，長為10-15um，寬為5-7um，厚度為20_50nm。本專利技術(shù)以乙二醇和水的混合溶劑為反應(yīng)溶劑，通過設(shè)計(jì)混合溶劑中乙二醇和水的體積比，結(jié)合聚乙二醇的表面修飾作用，調(diào)控?zé)崽幚磉^程中核化和生長過程，實(shí)現(xiàn)磷酸錳鋰納米片的溶劑熱合成。采用無水乙醇和丙酮脫水，以及不高于100°C的烘干，是為了得到分散性良好的磷酸錳鋰納米片。本專利技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，顆粒分散性好，有利于鋰離子擴(kuò)散，提高鋰離子電·池的大電流充放性能。本專利技術(shù)制備工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。附圖說明圖I本專利技術(shù)合成的磷酸錳鋰納米片的X射線衍射(XRD)圖譜； 圖2本專利技術(shù)合成的磷酸錳鋰納米片的掃描電子顯微鏡(SEM)照片； 圖3本專利技術(shù)合成的磷酸錳鋰納米片覆碳熱處理后作為正極材料組裝的鋰離子電池的充放電曲線。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本專利技術(shù)。實(shí)例I 1)量取25ml乙二醇和25ml去離子水混合成均勻溶液； 2)取50ml水/乙二醇的混合溶劑，將O.141g抗壞血酸加入其中，充分溶解，得到抗壞血酸溶液，其濃度為20mmol/l ； 3)取15ml步驟2)制備的抗壞血酸溶液，依次加入四水合醋酸錳2.45g和磷酸O. 98g，磁力攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，得到O. 25mol/l磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液； 4)取15ml步驟2)制備的抗壞血酸溶液，將I.02g醋酸鋰溶解于其中，磁力攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，得到醋酸鋰溶液； 5)在攪拌的狀態(tài)下，通過滴液器，將醋酸鋰以3ml/min的速率滴加至磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液中，醋酸鋰溶液和磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液的體積比是1:1 ; 6)在滴加完成后，加入聚乙二醇O.168g (占目標(biāo)量的10%)，繼續(xù)攪拌30分鐘，得到含有沉淀的懸浮液；然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)內(nèi)釜中，密閉，在200°C下保溫10小時(shí)后，降至室溫，取出生成液，濾去上層清液后，加入去離子水進(jìn)行超聲振蕩，而后使用離心機(jī)進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)長為10分鐘，濾去上層清液后，再次加入去離子水振蕩至懸浮液進(jìn)行離心，重復(fù)至溶液顏色透明，而后將去離子水換為丙酮，重復(fù)振蕩和離心的過程，至溶液顏色透明，取出沉淀，于90°C下真空干燥12小時(shí)，得到磷酸錳鋰納米片。其X射線衍射(XRD)圖譜見圖I，掃描電子顯微鏡(SEM)照片見圖2，由圖可見納米片長為10-15um，寬為5-7um，厚度為20_50nm。以本例制備的磷酸錳鋰納米片為原料裝配成紐扣電池，其充放電性能見圖3，由圖可見片狀磷酸錳鋰作為鋰離子正極材料，第一個循環(huán)可逆容量為138mAh/g，循環(huán)100次之后的可逆容量為119 mAh/g.可見其具有良好的循環(huán)性能。實(shí)例2 1)量取37.5ml乙二醇和12. 5ml去離子水混合成均勻溶液， 2)取50ml水/乙二醇的混合溶劑，將O.7g抗壞血酸加入其中，充分溶解，得到抗壞血酸溶液，其濃度為lOOmmol/1 ； 3)取15ml步驟2)制備的抗壞血酸溶液，依次加入四水合醋酸錳2.45g和磷酸O. 98g，磁力攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，得到O. 25mol/l磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液； 4)取15ml步驟2)制備的抗壞血酸溶液，將I.02g醋酸鋰溶解于其中，磁力攪拌30分鐘，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，得到醋酸鋰溶液； 5)在攪拌的狀態(tài)下，通過滴液器，將醋酸鋰以6ml/min的速率滴加至磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液中，醋酸鋰溶液和磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液的體積比是1:1 ; 6)在滴加完成后，加入聚乙二醇O.084g (占目標(biāo)量的5%)，繼續(xù)攪拌30分鐘，得到含有沉淀的懸浮液；然后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯的反應(yīng)內(nèi)釜中，密閉，在200°C下保溫10小時(shí)后，降至室溫，取出生成液，濾去上層清液后，加入去離子水進(jìn)行超聲振蕩，而后使用離心機(jī)進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)長為10分鐘，濾去上層清液后，再次加入去離子水振蕩至懸浮液進(jìn)行離心，重復(fù)至溶液顏色透明，而后將去離子水換為丙酮，重復(fù)振蕩和離心的過程，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磷酸錳鋰納米片的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)？將乙二醇和水按體積比9:1？1:1混合，得乙二醇和水的混合溶劑；2)？將抗壞血酸溶于所制備的乙二醇和水的混合溶劑中，攪拌至充分溶解，得到抗壞血酸溶液，抗壞血酸濃度為10？100mmol/L；3)？取步驟2）制備的抗壞血酸溶液，將磷酸和醋酸錳按P和Mn的摩爾比為1:1加入到抗壞血酸溶液中，攪拌至充分溶解，得到0.2？0.8mol/L磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液；4)？取步驟2）制備的抗壞血酸溶液，依據(jù)步驟3)磷酸的用量，按Li和P的摩爾比為1:1取醋酸鋰，將醋酸鋰加入到抗壞血酸溶液中，攪拌，得到0.2？0.8mol/L的醋酸鋰溶液；5)？在攪拌的狀態(tài)下，將步驟4)的醋酸鋰溶液以3ml？6ml/min的速率滴加到步驟3)的磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液中，醋酸鋰溶液和磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液的體積比是1:1，混合完成后，至少攪拌30？60分鐘，得到含有沉淀的懸浮液；6)？將聚乙二醇引入步驟5)制備的懸浮液中，聚乙二醇與所制備的目標(biāo)磷酸錳鋰的質(zhì)量百分比為1？10%，然后轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，密閉，在160？240℃下保溫4？48小時(shí)后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過濾，依次用去離子水、無水乙醇或丙酮清洗，40～100℃溫度下烘干，得到磷酸錳鋰納米片。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種磷酸錳鋰納米片的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)將乙二醇和水按體積比9:1-1:1混合，得乙二醇和水的混合溶劑； 2)將抗壞血酸溶于所制備的乙二醇和水的混合溶劑中，攪拌至充分溶解，得到抗壞血酸溶液，抗壞血酸濃度為lO-lOOmmol/L ； 3)取步驟2)制備的抗壞血酸溶液，將磷酸和醋酸錳按P和Mn的摩爾比為1:1加入到抗壞血酸溶液中，攪拌至充分溶解，得到O. 2-0. 8mol/L磷酸和醋酸錳的抗壞血酸溶液； 4)取步驟2)制備的抗壞血酸溶液，依據(jù)步驟3)磷酸的用量，按Li和P的摩爾比為1:1取醋酸鋰，將醋酸鋰加入到抗壞血酸溶液中，攪拌，得到O. 2-0. 8mol/L的醋酸鋰溶液； 5)在攪拌的狀態(tài)下，將步驟4)的醋酸鋰溶液以3ml-6ml/min的速率滴加到步驟3)的磷酸和醋酸錳...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐剛，李峰，陶志鴻，任召輝，劉涌，李翔，沈鴿，韓高榮，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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