CN103413940A - 一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂材料的合成方法，即首先将磷酸溶解在去离子水中得磷酸溶液，在搅拌状态下加入PEG400得到磷酸/PEG400混合溶液；然后将氢氧化锂溶解在去离子水中得氢氧化锂水溶液，在搅拌下将其加入到磷酸/PEG400混合溶液中得到白色乳浊液；将硫酸锰溶解在去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下将其加入到所得的白色乳浊液中得前驱体乳浊液，放入微波反应器中控制温度140-180℃进行微波反应5-20min后离心、洗涤、干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。该合成方法能有效的避免粒子的团聚，制得产品粒径均匀，形貌统一，具有较为稳定的充放电性能。

Description

一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法
技术领域
  本发明涉及一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，属于新能源新材料领域。 
背景技术
随着全球经济的飞速发展，对资源的消耗也越来越大，能源领域的危机日益严重。基于目前的严重的能源危机和污染问题，世界各国对发展电动汽车都非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池，锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。而锂离子电池正极材料则是制约动力汽车发展的主要瓶颈，目前锂离子电池应用最多的正极材料是LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4以及新崛起的磷酸盐材料等。
最初实现商品化的锂离子电池采用的正极材料为钴酸锂，负极材料为碳材料，但是由于钴的价格昂贵并且属于战备物资，资源有限，价格较贵，且对环境有污染，限定了在锂电池方面的运用，尤其是面对电动车的巨大需求，必然不能成为未来锂离子电池的首选。因此开发廉价的锂离子电池正极材料势在必行。镍酸锂制备条件比较苛刻，热稳定性差并且没有与之相匹配的电解液。尖晶石锰酸锂成本较低，但是循环性能尤其是高温下容量衰减严重，性能较差。
LiFePO4是在动力汽车要求下涌现的新型锂离子电池正极材料，
磷酸铁锂材料为橄榄石结构，具有高安全性、高比容量、低成本、环保等显著特点，受到广泛关注和研究，被认为是现行研究材料中热稳定性最好的锂离子电池用正极材料，在动力电池市场具有很强的生命力。而另一种橄榄石型结构的LiMnPO4具有与LiFePO4一样的结构同样被证实可用做电池正极材料。
磷酸锰锂价格低廉，原料来源丰富，结构稳定，安全性能好。理论容量为170mAhg-1,可逆容量可达140mAhg-1以上。相对于磷酸铁锂，具有更高的放电平台4.1V，具有潜在更高的能量密度（比磷酸铁锂高出约20%），相对于其他正极材料而言，具有巨大的优势。但是较低的电导率极大限制了磷酸锰锂作为锂离子电池正极材料的应用。制备形貌统一，粒径达到纳米尺寸的磷酸锰锂，可以大大降低锂离子在磷酸锰锂晶格内部的迁移路径，提高磷酸锰锂电池的电子迁移速率，更有望成为新一代的锂离子电池正极材料。
目前合成磷酸锰锂的方法主要有高温固相法，溶胶-凝胶法等。
磷酸锰锂高温固相合成法，主要是将锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物按照一定的比例混合，然后经高温预烧，研磨后在保护气体气体氛围下高温制的产物。如CN201010161501.X介绍了一种采用高温高压固相还原法合成磷酸锰锂正极材料的方法，该发明采用锂源、锰源和磷源化合物的混合物预加热250～350℃，持续煅烧2-5h，冷却，研磨后在500-900℃下煅烧3-4h处理获得磷酸锰锂产品。使用该技术路线，虽然在一定程度上简化了合成工艺，可以获得磷酸锰锂正极材料，但是该方法获得的材料，颗粒粒径较大，粒度分布范围较宽，还存在一定的杂质相，材料的电化学性能不太理想。同时，由于生产时煅烧时间长，能源消耗大，还需要使用保护气体，成本比较高。规模化生产难以推广。
溶胶-凝胶法制备是一种普遍采用的制备磷酸锰锂的方法，如CN201110187299.2介绍了一种采用溶胶-凝胶制备锂离子电池材料磷酸锰锂的方法。该方法是将锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物和络合剂按照一定的比例混合，调节pH值制得凝胶，经干燥和焙烧处理制得产品。其优点是虽然能制得尺寸分布较好的产品，但是工艺较繁琐，步骤多，在干燥、煅烧过程中逸出有毒副作用气体，整个合成周期较长。该材料组装成为电池，进行电池循环性能检测，0.5C下平均比容量在60mAh/g左右，性能不够理想，有待进一步完善。
发明内容
本发明的目的为了克服上述的固相合成工艺中生产周期长、生产成本高，溶胶-凝胶合成工艺中存在的有机物分解导致的污染性气体产生等技术问题而提供一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法。
本发明的技术方案
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程中使用的原料按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               57-70份
硫酸锰                 85份
磷酸                   58份
PEG400                 65-95份
去离子水                  100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度140-180℃进行微波反应5-20min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂具有大小均一的纳米形貌特征，其粒径范围在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，其平均放电质量比容量为139.6-146.4mAh/g，首次充电比容量为163.8-174.1mAh/g，首次放电比容量为140.2-148.7mAh/g，首次循环库仑效率为83.7-88.5％，充电恒流比为94.5-97.4％，放电中值电压为3.96-4.05V，3.8V以上平台率为94.6-96.2％。
本发明的有益效果
本发明的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，由于采用微波加热具有快速加热和加热均匀的特点，使得最终合成磷酸锰锂的时间大大的缩短，在几分钟内即可获得高纯的磷酸锰锂正极材料，因此大大提高了生产的效率；同时，由于微波加热时间短，合成的磷酸锰锂晶体无法长大，最终所得的磷酸锰锂均为100-250nm的纳米晶体，这些纳米晶体，降低了锂离子迁移的距离，从而相应提高了获得磷酸锰锂材料的电化学性能。
进一步，本发明的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，由于合成过程使用的原料均为可溶性原料，经过简单的操作过程即可获得磷酸锰锂前驱液，然后在微波反应器中低温快速加热即可获得纯相的纳米磷酸锰锂材料。因此本发明的合成方法具有合成时间短，节省能源，生产成本低廉，合成过程中无污染性气体或液体的排放，有益于环保等特点。
进一步，本发明的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法所得的纳米磷酸锰锂组装为扣式电池，在0.5C下进行循环测试，平均放电质量比容量为139.6-146.4mAh/g，首次充电比容量为163.8-174.1mAh/g，首次放电比容量为140.2-148.7mAh/g， 3.8V以上平台率为94.6-96.2％。这些测试结果表明，上述微波溶剂热合成方法所得的纳米磷酸锰锂具有良好的电化学特性，有望在动力电池领域应用。
附图说明
图1、实施例1所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的XRD图谱；
图2、实施例1所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的SEM图；
图3、实施例1所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的电化学性能图谱。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细说明，但并不限制本发明。
电池的制备与电化学性能测试方法
（1）、电池正极片的制备：
将获得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂、导电碳粉、有机粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比92：3：5混合后得到混合粉体，将该混合粉体10克，加入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）12克，充分搅拌后形成浆料，涂覆与铝箔表面，烘干后，多次轧制，获得电池正极片；
（2）、电池组装与性能测试
使用2016型半电池评估获得磷酸锰锂的电化学性能。将轧制好的电池极片冲压成为直径12毫米的圆片，准确称量其质量后，根据配方组成计算出极片中的磷酸锰锂质量，使用直径19毫米的隔膜，使用直径15毫米的金属锂片作为负极，在德国布劳恩手套箱中组装为可测试电池。
电池的比容量测试使用武汉蓝电公司电池测试仪（Land2000）进行。在0.5C条件下进行多次循环测试。
本发明的各实施例中所用各原料的规格即氢氧化锂为电池级，硫酸锰为分析纯，磷酸为分析纯，PEG400为分析纯。
实施例1
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                  64份
硫酸锰                   85份
磷酸                   58份
PEG400                 65份
去离子水               100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入65份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将64份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度140℃，时间5min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂通过X射线衍射仪（XRD，日本理学Rigaku）进行XRD测试，物相鉴定结果如图1所示。该图谱中所有的衍射峰都可以标定为磷酸锰锂的衍射峰，没有其他峰位出现，结果表明上述的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂使用扫描电镜（SEM，日本电子6700F）进行SEM显微观察，结果如图2所示，从图2中可以看出，所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂具有大小均一的纳米形貌特征。粒径范围在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，前5次充放电结果如图3所示，从图3中可以看出，平均放电质量比容量为142.3mAh/g，首次充电比容量为169.4mAh/g，首次放电比容量为144.8mAh/g，首次循环库仑效率85.5％，充电恒流比94.5％，放电中值电压4.05V，3.8V以上平台率95.6％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂具有良好的电化学特性，有望在动力电池领域应用。
实施例2
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               64份
硫酸锰              85份
磷酸                   58份
PEG400                 80份
去离子水              100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入80份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将64份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度140℃，时间10min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为140.8mAh/g，首次充电比容量为165.3mAh/g，首次放电比容量为146.2mAh/g，首次循环库仑效率88.5％，充电恒流比97.4％，放电中值电压3.97 V，3.8V以上平台率95.1％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例3
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂            70份
硫酸锰             85份
磷酸               58份
PEG400             95份
去离子水           100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入95份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将70份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度140℃，时间20min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为141.3mAh/g，首次充电比容量为168.4mAh/g，首次放电比容量为145.4mAh/g，首次循环库仑效率86.3％，充电恒流比96.8％，放电中值电压4.02V，3.8V以上平台率94.8％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例4
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               57份
硫酸锰                 85份
磷酸                    58份
PEG400                95份
去离子水               100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入95份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将57份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度160℃，时间15min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为144.7mAh/g，首次充电比容量为172.4mAh/g，首次放电比容量为148.7mAh/g，首次循环库仑效率86.1％，充电恒流比96.5％，放电中值电压4.04 V，3.8V以上平台率95.6％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例5
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂           64份
硫酸锰             85份
磷酸                58份
PEG400              80份
去离子水            100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入80份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将64份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度160℃，时间20min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为142.8mAh/g，首次充电比容量为171.4mAh/g，首次放电比容量为148.3mAh/g，首次循环库仑效率86.5％，充电恒流比95.7％，放电中值电压3.98 V，3.8V以上平台率96.2％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例6
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               70份
硫酸锰                 85份
磷酸                    58份
PEG400                65份
去离子水              100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，滴加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度160℃，时间5min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为142.4mAh/g，首次充电比容量为174.1mAh/g，首次放电比容量为145.7mAh/g，首次循环库仑效率83.7％，充电恒流比95.8％，放电中值电压3.96 V，3.8V以上平台率95.7％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例7
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               57份
硫酸锰              85份
磷酸                58份
PEG400                80份
去离子水               100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入80份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将57份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度180℃，时间20min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为139.6mAh/g，首次充电比容量为163.8mAh/g，首次放电比容量为140.2mAh/g，首次循环库仑效率85.6％，充电恒流比96.4％，放电中值电压4.05 V，3.8V以上平台率94.7％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例8
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               64份
硫酸锰                 85份
磷酸                58份
PEG400                 95份
去离子水            100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入95份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将64份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度180℃，时间5min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为146.4mAh/g，首次充电比容量为173.8mAh/g，首次放电比容量为148.7mAh/g，首次循环库仑效率85.6％，充电恒流比96.7％，放电中值电压4.02 V，3.8V以上平台率94.6％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
实施例9
一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，合成过程使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂               70份
硫酸锰              85份
磷酸                58份
PEG400                 65份
去离子水               100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将58份磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入65份PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将70份氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将85份硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将所得的硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度180℃，时间15min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂通过X射线衍射仪进行XRD测试，物相鉴定结果与附图1结果类似，表明上述的锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法所得的最终物质为纯相磷酸锰锂材料。
上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用扫描电镜进行SEM扫描，结果与附图2相似，表明所得的磷酸锰锂具有大小均一的片状形貌特征。粒径范围同样在100-250nm。
将上述所得的锂离子电池正极材料磷酸锰锂使用半电池方法组装成纽扣式2016电池，在0.5C的倍率下对该电池的充放电性能进行测试，平均放电质量比容量为145.7mAh/g，首次充电比容量为171.3mAh/g，首次放电比容量为147.7mAh/g，首次循环库仑效率86.2％，充电恒流比96.3％，放电中值电压4.01 V，3.8V以上平台率95.8％。由此表明，上述所得的锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有良好的电化学特性，可以在动力电池领域应用。
综上所述，本发明的一种锂离子电池正极材料磷酸锰锂的合成方法，使用常见的氢氧化锂，硫酸锰，磷酸，PEG400，去离子水作为原料，通过控制原料中氢氧化锂和PEG400的使用量，控制微波反应温度与时间，可以制得纳米尺寸的磷酸锰锂正极材料。该合成方法过程简单，易于操作，快速高效。通过本发明合成方法所得的高纯度磷酸锰锂，粒径均一大小在100-250nm，具有很好的电化学性能，有望在下一代动力电池中得到应用。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案，所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程中使用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                     57-70份
硫酸锰                      85份
磷酸                      58份
PEG400                   65-95份
去离子水                           100份；
其合成方法具体包括如下步骤：
（1）、将磷酸溶解在20份去离子水中配成磷酸溶液，在搅拌的状态下加入PEG400并搅拌10min，得到磷酸/PEG400混合溶液；
（2）、将氢氧化锂溶解在40份去离子水中配成氢氧化锂水溶液，在搅拌的状态下，将所得的氢氧化锂水溶液加入到步骤（1）所得的磷酸/PEG400混合溶液中，加完后继续搅拌0.5h，即得到白色乳浊液；
（3）、将硫酸锰溶解在40份去离子水中配成硫酸锰溶液，在搅拌的状态下，将硫酸锰溶液加入到步骤（2）中所得的白色乳浊液中，得前驱体乳浊液；
（4）、将步骤（3）所得的前驱体乳浊液放入微波反应器中，控制温度140-180℃进行微波反应5-20min后即得磷酸锰锂乳浊液；
（5）、将步骤（4）所得的磷酸锰锂乳浊液离心，所得的沉淀用去离子水洗涤两遍，然后控制温度为80℃进行干燥，即得锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                   64份
硫酸锰                        85份
磷酸                      58份
PEG400                   65份
去离子水                  100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度140℃，时间为5min。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                       64份
硫酸锰                         85份
磷酸                       58份
PEG400                 80份
去离子水                       100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度140℃，时间为10min。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                       70份
硫酸锰                         85份
磷酸                        58份
PEG400                     95份
去离子水                                  100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度140℃，时间为20min。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                       57份
硫酸锰                        85份
磷酸                        58份
PEG400                     95份
去离子水                       100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度160℃，时间为15min。
6.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                      64份
硫酸锰                        85份
磷酸                   58份
PEG400                     80份
去离子水                    100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度160℃，时间为20min。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                      70份
硫酸锰                        85份
磷酸                        58份
PEG400                    65份
去离子水                        100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度160℃，时间为5min。
8.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂材料的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                      57份
硫酸锰                        85份
磷酸                        58份
PEG400                     80份
去离子水                      100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度180℃，时间为20min。
9.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                      64份
硫酸锰                        85份
磷酸                        58份
PEG400                     95份
去离子水                            100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度180℃，时间为5min。
10.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料纳米磷酸锰锂的合成方法，其特征在于合成过程所用的原料，按质量份数计算，其组成及含量如下：
氢氧化锂                       70份
硫酸锰                        85份
磷酸                        58份
PEG400                  65份
去离子水                      100份；
其合成方法的步骤（4）中所述的微波反应过程控制温度180℃，时间为15min。
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