[发明专利]锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其设计一种新型锂离子电池正极材料——硅酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，由于其高能密度、高功率、良好的循环性能而广泛应用于各类便携式电子产品领域。随着全球经济的发展，能源问题已经相当突出，因此混合动力汽车和电动汽车的研发已经成为全世界的焦点，而其中的关键技术就是锂离子电池技术。

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，目前商用的正极材料以LiCoO₂为主，但是由于LiCoO₂中钴的资源短缺，价格昂贵，具有毒性，对环境有一定污染，因此不能适应大型动力电池的要求。LiMn₂O₄虽然成本低廉，但循环性能差，安全性也较差。1997年开始，许多研究小组报道了LiMPO₄(M＝Fe，Mn，Co，Ni)锂离子电池正极材料，发现这是一类很有前途的正极材料。然而，LiFePO₄材料的电子电导率与振实密度很难同时提高，难以满足新一代大容量锂二次电池的需要。2005年，瑞典乌普萨拉大学的Nyte′n博士首次合成出Li₂FeSiO₄锂离子电池正极材料，得到较为理想的电化学性能。Li₂FeSiO₄属正交晶系，空间群Pmn2₁，晶格常数为a＝6.2661(5)，b＝5.3295(5)，c＝5.0148(4)与Li₃PO₄的低温结构相似。在Li₂FeSiO₄晶体中，Li、Si、Fe都与O形成四面体结构。由于硅酸盐具有原料易得及成本低廉等诱人的特点，Li₂FeSiO₄被认为是极具发展潜力的新型锂离子电池正极材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型锂离子电池正极活性材料硅酸亚铁锂的制备方法，该方法制备的硅酸亚铁锂结构稳定，与电解液相容性好，有良好的电化学性能。且操作简便、易于控制、成本低廉。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)按比例将原料锂盐、亚铁盐、二氧化硅和添加剂混合，其中Li∶Fe∶Si的摩尔比为(1.9-2.1)∶(0.95-1.05)∶1，添加剂的加入量为混合物总质量的1～30％；

2)将均匀混合的物料放入热处理设备中，在流速为100～5000ml/min的惰性气流保护中加热处理，升温速率为1℃/min～20℃/min，待热处理温度升至300℃～450℃时，保持，在该温度下加热1～30小时，然后继续升温，在700℃～900℃的范围内，热处理10小时～48小时，然后缓慢降至室温，得到硅酸亚铁锂材料。

由于本发明中在硅酸亚铁锂的合成过程中采用了添加剂，这些添加剂通过混合均匀分散到材料颗粒之间，添加剂主要起到两个作用：一是抑制硅酸亚铁锂单个颗粒的生长，减小单个颗粒的粒径。二是添加剂热解以后形成的热解炭可以包覆于颗粒表面或存在于颗粒之间，从而有效地改善颗粒之间的导电性能。所以在合成过程中加入添加剂可以得到粒径小、导电性能好、电化学性能优良的硅酸亚铁锂材料。

本发明的锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的制备方法，具有以下优点：

1、原材料来源广泛，无污染，成本低；

2、材料的制备工艺简单、安全性高；

3、所制备的硅酸亚铁锂具有优良的微观结构；

4、所制备的硅酸亚铁锂结构稳定，与电解液相容性好，有良好的电化学性能。

5、本发明所涉及的正极材料可广泛应用于各类锂离子电池中，包括各类移动电子产品和电动交通工具。

附图说明

图1是发明人给出的实施例1所制备的硅酸亚铁锂样品的X-射线衍射花样，采用日本Rigaku公司D/MAX-2400型X射线衍射仪，Cu Kα靶为辐射源，电压为46kV，电流为100mA，步长为0.02，扫描速度为10(°)/min，扫描范围(2θ)为3°～90°。

图2是发明人给出的实施例1所制备的硅酸亚铁锂样品的扫描电镜图片，利用日本电子公司JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(FESEM)拍摄。

图3是按实施例1所制备的硅酸亚铁锂正极材料的首次充放电曲线图。