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专利号: 2018103946668
申请人: 东北大学秦皇岛分校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种棒状、片状或立方体状磷酸锰锂/碳复合正极材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)对含锰反应混合物进行水热反应,反应后固液分离,得到的固体为含锰化合物;

(2)将步骤(1)所述含锰化合物、含磷锂盐与碳源在溶剂中混合得到反应前驱体,将所述反应前驱体在惰性气体下煅烧,得到所述磷酸锰锂/碳复合正极材料;

所述含锰化合物为含锰氧化物或碳酸锰;

步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法包括以下步骤:将氧化剂、锰源和不饱和脂肪酸在水中混合,得到所述含锰反应混合物;其中,氧化剂为高锰酸钾,不饱和脂肪酸为油酸,使用硫酸锰作为锰源制备得到的含锰氧化物为棒状,使用醋酸锰作为锰源时制备得到的含锰氧化物为片状;

步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法包括以下步骤:将含碳无机盐和锰源在水中混合,得到所述含锰反应混合物;其中,锰源为硫酸锰,含碳无机盐为碳酸钠得到的碳酸锰为立方体状。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源为硫酸锰和/或醋酸锰。

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源为醋酸锰。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述不饱和脂肪酸的加入方式为逐滴加入。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源的物质的量与氧化剂质量的比值为5-30mmol/g。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源的物质的量与氧化剂质量的比值为18.75-20mmol/g。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源的物质的量与不饱和脂肪酸的体积的比值为5-15mol/L。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源的物质的量与水的体积的比值为0.14-0.43mol/L。

9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述混合为搅拌混合。

10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述混合为磁力搅拌混合。

11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述搅拌混合的转速为500r/min。

12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为含锰氧化物时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,氧化剂、锰源和不饱和脂肪酸在水中混合的方法为先将氧化剂溶于水中,磁力搅拌混合20min以上,随后加入锰源,最后加入不饱和脂肪酸,磁力搅拌30min。

13.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述含碳无机盐为碳酸氢铵和/或碳酸钠。

14.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源和所述含碳无机盐的摩尔比为

0.2-2.4。

15.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源和所述含碳无机盐的摩尔比为

0.67。

16.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述锰源的物质的量与水的体积的比值为

0.1-0.4mol/L。

17.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述混合的方法为搅拌混合。

18.根据权利要求17所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述混合的方法为磁力搅拌混合。

19.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述含锰化合物为碳酸锰时,步骤(1)所述含锰反应混合物的制备方法中,所述混合的时间为30min。

20.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述水热反应的温度为

160-220℃。

21.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述水热反应的时间为

6-15h。

22.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述水热反应在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行。

23.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,还包括:在固液分离之前,冷却水热反应产物至20-30℃。

24.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述固液分离为离心分离。

25.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,还包括:在固液分离后对得到的固体进行洗涤和干燥。

26.根据权利要求25所述的制备方法,其特征在于,所述洗涤为用水离心洗涤四次并用乙醇离心洗涤一次。

27.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述含磷锂盐包括磷酸二氢锂。

28.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碳源包括蔗糖、葡萄糖、抗坏血酸或柠檬酸中的任意一种或至少两种的组合。

29.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述溶剂包括水。

30.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述含锰化合物与含磷锂盐的物质的量之比满足使Li:Mn:P的元素摩尔比为1:1:1。

31.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述混合的方法为搅拌并超声分散。

32.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述惰性气体包括氮气和/或氩气。

33.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述煅烧的温度为550℃-650℃。

34.根据权利要求33所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述煅烧的温度为600℃。

35.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述煅烧的时间为5h-

7h。

36.根据权利要求35所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述煅烧的时间为6h。

37.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述煅烧在管式炉中进行。

38.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,还包括:在煅烧前,对所述反应前驱体进行冷冻干燥。

39.根据权利要求38所述的制备方法,其特征在于,所述冷冻干燥中,冷冻的时间在48h以上,干燥的时间在48h以上。

40.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,还包括:对煅烧得到的产品自然冷却。

41.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)将高锰酸钾溶于水中,以500r/min的转速磁力搅拌混合20min以上,随后加入醋酸锰,最后逐滴加入油酸,以500r/min的转速磁力搅拌30min,将得到的混合溶液置于含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中在160-220℃下进行水热反应,水热反应的时间为6-15h,反应后将水热反应产物冷却至20-30℃,进行离心分离,之后用水离心洗涤四次并用乙醇离心洗涤一次并干燥,得到的固体为含锰氧化物;

其中,醋酸锰物质的量与高锰酸钾质量的比值为18.75-20mmol/g,醋酸锰物质的量与油酸的体积的比值为5-15mol/L,醋酸锰物质的量与水的体积的比值为0.14-0.43mol/L;

(2)将步骤(1)制备的碳酸锰、磷酸二氢锂与碳源加入水中搅拌并超声分散,得到反应前驱体,将所述反应前驱体冷冻干燥后置于管式炉中,在惰性气体下煅烧,煅烧温度为600℃,煅烧时间为6h,自然冷却得到所述磷酸锰锂/碳复合正极材料;

其中,碳酸锰与磷酸二氢锂的物质的量之比满足使Li:Mn:P的元素摩尔比为1:1:1;冷冻干燥中,冷冻的时间在48h以上,干燥的时间在48h以上。

42.根据权利要求1所述的制备方法制备的磷酸锰锂/碳复合正极材料。

43.根据权利要求42所述的磷酸锰锂/碳复合正极材料,其特征在于,所述磷酸锰锂/碳复合正极材料的形貌为棒状、片状或立方体状中的任意一种或至少两种的组合。

44.根据权利要求43所述的磷酸锰锂/碳复合正极材料,其特征在于,所述磷酸锰锂/碳复合正极材料的形貌为片状。

45.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池中包含权利要求42-44中任一项所述的磷酸锰锂/碳复合正极材料。