單分散磷酸錳鋰納米棒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，首先，將乙二醇與水混合，得到乙二醇/水混合溶劑；再稱取硫酸鋰、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀和硫酸錳，依次溶于乙二醇/水混合溶劑中，攪拌均勻得到混合液，最后經(jīng)水熱反應(yīng)及后處理得到所述的單分散磷酸錳鋰納米棒。本發(fā)明通過(guò)對(duì)加料順序、反應(yīng)條件的精確控制，制備得到了單分散磷酸錳鋰納米棒，制備工藝簡(jiǎn)單，易于控制。
【專利說(shuō)明】
單分散磷酸錳鋰納米棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種單分散磷酸猛鋰納米棒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的電能儲(chǔ)存技術(shù)中，電池是一種簡(jiǎn)單高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以直接將電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，也可以隨時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能以供用電設(shè)備工作。由于電池的高效儲(chǔ)能特性，在當(dāng)前以及未來(lái)的能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)存領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
[0003]經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，目前電池的主要研究領(lǐng)域集中在鋰離子電池領(lǐng)域。鋰離子電池在充電時(shí)，Li+由正極材料中脫出，穿過(guò)電解液和隔膜，進(jìn)入負(fù)極材料的晶體結(jié)構(gòu)中，電能由此轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池里。放電時(shí)，Li+則由負(fù)極脫出迀移進(jìn)入正極材料，將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給用電設(shè)備。
[0004]目前，正極材料的性能制約著鋰離子電池的整體性能與進(jìn)一步發(fā)展，也成為了鋰離子電池技術(shù)主要的研究對(duì)象。鋰離子電池的正極材料主要有以下幾種:鈷酸鋰(LiCo02)、猛酸鋰(LiMn204)、磷酸鐵鋰(LiFeP(k)和鎳鈷二元及多元復(fù)合材料(如L1-N1.Co-Mn-O)等。橄欖石結(jié)構(gòu)材料磷酸錳鋰(LiMnPO4)，Mn3+/Mn2+相對(duì)于鋰的電極電勢(shì)為4.1V，正好位于現(xiàn)有電解液的穩(wěn)定化學(xué)窗口內(nèi)，且低毒、低成本，容量高，可逆性好，有很大的應(yīng)用前景。
[0005]對(duì)于LiMnPO4材料在鋰離子電池中的商業(yè)應(yīng)用，最大的瓶頸是較低的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率較低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，合成具有較好的分散性的納米級(jí)材料可以縮短鋰離子的擴(kuò)散距離，增大活性物質(zhì)與電解質(zhì)之間的接觸面積。
[0006]因此，制備單分散的LiMnPO4納米棒對(duì)提高其電化學(xué)性能具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明通過(guò)對(duì)加料順序、反應(yīng)條件的精確控制，制備得到了單分散磷酸錳鋰納米棒，制備工藝簡(jiǎn)單，易于控制。
[0008]本發(fā)明公開(kāi)了一種單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，步驟如下:
[0009]I)將乙二醇與水混合，得到乙二醇/水混合溶劑；
[0010]2)稱取硫酸鋰、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀和硫酸錳，依次溶于乙二醇/水混合溶劑中，攪拌均勻得到混合液，再經(jīng)水熱反應(yīng)及后處理得到所述的單分散磷酸錳鋰納米棒。
[0011 ]本發(fā)明以硫酸鋰、硫酸錳、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀為反應(yīng)物料，乙二醇和水的混合溶劑為反應(yīng)溶劑，通過(guò)調(diào)配混合溶劑中乙二醇和水的體積比以及調(diào)節(jié)各項(xiàng)反應(yīng)物濃度，利用氫氧化鉀調(diào)控形貌，控制水熱處理的時(shí)間和溫度來(lái)控制LiMnPO4的生長(zhǎng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)單分散LiMnPCk納米棒的合成。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(I)中，所述乙二醇與水的體積比為I?3:1。
[0013]作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述混合液中硫酸鋰濃度為8?24g/L，磷酸二氫錢(qián)濃度為8.5?16g/L，氫氧化鉀濃度為6.3?12.6g/L，硫酸錳濃度為10.5?21.125g/L。
[0014]本發(fā)明中采用的各原料硫酸鋰、硫酸錳、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀、乙二醇、去離子水及無(wú)水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)溫度為160?240°C，時(shí)間為8?24h。
[0016]本發(fā)明中的水熱反應(yīng)在以聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜中進(jìn)行，作為優(yōu)選，反應(yīng)釜內(nèi)填充度為65?80 %。
[0017]作為優(yōu)選，產(chǎn)物的后處理包括過(guò)濾、洗滌和干燥。具體為:
[0018]將水熱反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，過(guò)濾后，依次用去離子水、無(wú)水乙醇清洗后，在60?100C下烘干得到單分散LiMnPO4納米棒。
[0019]本發(fā)明還公開(kāi)了根據(jù)上述方法制備的單分散磷酸錳鋰納米棒，該單分散磷酸錳鋰納米棒的直徑為50?80nm。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，無(wú)環(huán)境污染，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。制備的單分散LiMnPO4納米棒直徑分布均勻，分散性好，純度高。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1制備的LiMnPO4納米棒的X射線衍射(XRD)圖譜；
[0023]圖2為實(shí)施例1制備的LiMnPO4納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0024]圖3為對(duì)比例I制備的產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)圖譜；
[0025]圖4為對(duì)比例I制備的產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0026]圖5為對(duì)比例2制備的產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]液相法合成LiMnPO4納米棒，具體工藝如下:
[0030]I)稱取0.32g硫酸鋰，0.34g磷酸二氫鉀，0.252g氫氧化鉀以及0.42g硫酸錳，依次溶于總體積為40mL的乙二醇和去離子水的混合溶劑中，持續(xù)攪拌30min。其中乙二醇和水的體積比為3:1。
[0031]2)將步驟I)中所得溶液緩慢轉(zhuǎn)移到50mL的高壓反應(yīng)釜中，在160°C下保溫8小時(shí)進(jìn)行水熱反應(yīng)。而后，降至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾，依次用去離子水、無(wú)水乙醇清洗，80°C溫度下烘干，得到單分散的LiMnPO4納米棒。其X射線衍射(XRD)圖譜示于圖1，掃描電子顯微鏡(SEM)照片示于圖2。
[0032]實(shí)施例2
[0033]具體的工藝步驟與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于:步驟I)中，稱取0.96g硫酸鋰，0.64g磷酸二氫鉀，0.504g氫氧化鉀以及0.845g硫酸猛，乙二醇和水的體積比為1:1 ；步驟2)中水熱反應(yīng)溫度為240°C，保溫24小時(shí)。
[0034]實(shí)施例3
[0035]具體的工藝步驟與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于:步驟I)中，稱取0.64g硫酸鋰，配制的混合溶劑中乙二醇和水的體積比為2:1;步驟2)中，水熱反應(yīng)溫度為200°C，保溫12小時(shí)。
[0036]對(duì)比例I
[0037]具體的工藝步驟與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于:步驟I)中，將氫氧化鉀替換為氫氧化鈉。產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)圖譜示于圖3;其掃描電子顯微鏡(SEM)照片示于圖4。
[0038]對(duì)比例2
[0039]具體的工藝步驟與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于:步驟I)中，原料添加順序?yàn)?氫氧化鉀，磷酸二氫鉀，硫酸鋰以及硫酸錳。產(chǎn)物電子顯微鏡(SEM)照片示于圖5。由圖5可知，該對(duì)比例制備的產(chǎn)物存在明顯團(tuán)聚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，步驟如下: 1)將乙二醇與水混合，得到乙二醇/水混合溶劑； 2)稱取硫酸鋰、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀和硫酸錳，依次溶于乙二醇/水混合溶劑中，攪拌均勻得到混合液，再經(jīng)水熱反應(yīng)及后處理得到所述的單分散磷酸錳鋰納米棒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述乙二醇與水的體積比為I?3:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述混合液中硫酸鋰濃度為8?24g/L，磷酸二氫錢(qián)濃度為8.5?16g/L，氫氧化鉀濃度為6.3?12.6g/L，硫酸錳濃度為10.5?21.125g/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)溫度為160?240°C，時(shí)間為8?24h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，所述的水熱反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜內(nèi)填充度為65?80 %。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，產(chǎn)物后處理包括過(guò)濾、洗滌和干燥。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，所述產(chǎn)物依次經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇進(jìn)行洗滌。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散磷酸錳鋰納米棒的制備方法，其特征在于，所述干燥溫度為60?100°C。9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的單分散磷酸錳鋰納米棒，其特征在于，所述單分散磷酸錳鋰納米棒的直徑為50?80nm。
【文檔編號(hào)】C01B25/45GK106058248SQ201610379132
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】徐剛, 鮑亮, 周少雄, 韓高榮, 孫小磊, 任召輝, 沈鴿
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)