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本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料、其制法與應(yīng)用的制作方法

文檔序號:11837444閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料,其特征在于所述磷酸錳鋰基材料包含由粒徑為20~50nm的納米晶構(gòu)成的納米片,其中納米晶之間有寬度為10~40nm的間隙,而所述納米片的厚度小于100nm,長度和/或?qū)挾葹?~10μm;

所述磷酸錳鋰基材料的化學(xué)式為LiMnxMzPO4,其中0<x≤1,0.001<z<1,(x+z)=1,M為二價金屬離子,所述二價金屬離子包括Fe2+,Co2+,Ni2+,Mg2+,Zn2+,Cu2+中的任一種或兩種以上的組合。

2.如權(quán)利要求1所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于包括:

(1)取磷酸加入Mn鹽和金屬M摻雜劑源溶液中,使(Mn+M)與P的摩爾比為1:1.05~1.1,混合均勻后,加入有機(jī)胺,至反應(yīng)體系的pH值為8~10,繼續(xù)攪拌1h以上,分離出其中的固形物并洗滌、干燥后,獲得前驅(qū)體;

(2)按摩爾比(Mn+M):P:Li=1:1:1.0~1.1,將所述前驅(qū)體與鋰鹽于有機(jī)溶劑中均勻混合,獲得前軀體-鋰鹽懸濁液,之后將懸濁液干燥,獲得前驅(qū)體-鋰鹽混合物;

(3)將所述前驅(qū)體-鋰鹽混合物在高于所述鋰鹽熔點的溫度條件下煅燒5h以上,獲得所述磷酸錳鋰材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于步驟(1)包括:取二價Mn鹽和金屬M摻雜劑源溶解在溶劑中,配成錳離子濃度為0.1~2mol/L的溶液,再取磷酸加入上述溶液并混合均勻,之后將有機(jī)胺加入反應(yīng)體系中,直至反應(yīng)體系的pH值=8~10,再繼續(xù)攪拌至少1h后,分離出其中的固形物并洗滌后,在50~120℃干燥2~10h,獲得所述前驅(qū)體;

其中,所述溶劑包括乙醇或水,所述二價錳鹽至少選自硫酸錳、硝酸錳、氯化亞錳、醋酸錳;

所述金屬M摻雜劑源至少選自Co2+,Ni2+,Mg2+,Zn2+,Cu2+的硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽、氯化物以及硫酸亞鐵。

4.根據(jù)權(quán)利要求2-3中任一項所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于所述有機(jī)胺至少選自乙二胺,1,3-丙二胺,1,4-丁二胺。

5.根據(jù)權(quán)利要求2-3中任一項所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于所述前驅(qū)體的化學(xué)式包括(C2N2H10)(MnxMz)2(PO4)2·yH2O,(C3N2H12)(MnxMz)2(PO4)2·yH2O,(C4N2H14)(MnxMz)2(PO4)2·yH2O,其中0<x≤1,0.001<z<1,(x+z)=1,0≤y <10,M為二價金屬離子。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于步驟(2)包括:取鋰鹽溶解在乙醇中形成鋰鹽溶液,再將所述前驅(qū)體加入所述鋰鹽溶液,均勻混合并超聲分散后,獲得均勻分散的前軀體-鋰鹽懸濁液,將所述前軀體-鋰鹽懸濁液在100℃,0.1~0.5h快速烘干,獲得前驅(qū)體-鋰鹽混合物。

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于所述鋰鹽至少選自硝酸鋰,醋酸鋰,氯化鋰,氫氧化鋰。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料的制法,其特征在于步驟(3)包括:在選定氣氛下,將所述前驅(qū)體-鋰鹽混合物在200~400℃煅燒5~10h,獲得所述磷酸錳鋰材料,其中所述選定氣氛至少選自空氣、氮氣、氬氫混合氣氣氛中的任一種。

9.一種碳包覆的磷酸錳鋰材料,其特征在于包含:權(quán)利要求1所述的本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料;以及,包覆所述納米多孔片磷酸錳鋰材料的碳層。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳包覆的磷酸錳鋰材料,其特征在于它包含質(zhì)量比為0.5~10%:1的碳和所述磷酸錳鋰材料,且它的振實密度為0.9~2g/cm3,0.1C質(zhì)量比容量在140mAh·g-1以上。

11.如權(quán)利要求9-10中任一項所述碳包覆的磷酸錳鋰材料的制備方法,其特征在于包括:

取權(quán)利要求1所述的本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料與碳源均勻分散于溶劑中并充分混合,形成磷酸錳鋰-碳源的分散液,其中碳源與所述納米多孔片磷酸錳鋰材料的質(zhì)量比為5%~30%:1;所述碳源至少選自葡萄糖,蔗糖,果糖,可溶性淀粉,聚乙二醇,所述溶劑包括水或乙醇;

將所述磷酸錳鋰-碳源的分散液在100~120℃,0.1~1h快速烘干后,在N2或氬氫混合氣氛下,600~650℃熱處理3~5h,獲得所述碳包覆的磷酸錳鋰基材料。

12.一種儲能裝置,其特征在于包含權(quán)利要求1所述的本征和金屬摻雜納米多孔片磷酸錳鋰材料或權(quán)利要求9-10中任一項所述的碳包覆的磷酸錳鋰材料。

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