[发明专利]一种控制磷化铁的硅酸亚铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的技术领域，涉及一种可用于锂离子电池、锂电池、聚合 物锂离子电池和超级电容器的硅酸亚铁锂正极材料的制备方法。

技术背景

锂离子电池广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、便携电动工具，也是电动汽车的首选电源。 影响锂离子电池性能和价格比的主要因素是其正极材料。自从2000年Armand等[专利US  6085015]申请了硅酸亚铁锂的制备专利和Nytén等[Nyten A，et al.，Electrochem.Commun.， 2005，7(2)：156-160.]报道硅酸亚铁锂正交结构以来，硅酸亚铁锂的研究引起了重视。硅酸 亚铁锂正极材料具有制备原料来源广泛、无毒环保、电子能带宽度较小、结构稳定等优点。 当Li₂FeSiO₄提供1个电子时，其理论容量是166mAh/g，放电平台位于3.1V区左右。当Li₂FeSiO₄提供第2个电子时，相应的放电电压平台为4.8V区。硅酸亚铁锂的不足主要是其电子电导率 不高，锂离子扩散速率较慢，大多要在C/30至C/16倍率电流下进行充放电，这成为该材料 实用化的一道屏障。目前对硅酸亚铁锂改性的主要方法包括碳包覆处理及掺杂改性等方法。

制备硅酸亚铁锂的方法包括固相烧结法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。

从固相烧结法来看，Armand等[专利US 6085015]在800℃烧结经过球磨的FeO和Li₂SiO₃混合物制备了Li₂FeSiO₄。Nyten等[Nyten A，et al.，Electrochem.Commun.，2005，7(2)： 156-160.]将FeC₂O₄·2H₂O、Li₂SiO₃和碳凝胶球磨混合，在CO/CO₂的气氛中制备Li₂FeSiO₄材 料。Zaghib等[Zaghib K et al.，J.Power Sources，2006，160(2)：1381-1386.]也将 FeC₂O₄·2H₂O和Li₂SiO₃球磨，在800℃下烧结制备了Li₂FeSiO₄。向楷雄等向楷雄等，功能材 料，2008，9(39)：1455-1457.]将CH₃COOLi、FeC₂O₄·2H₂O、Si(OC₂H₅)₄和掺碳剂的球磨混合物 固相烧结制备了Li₂FeSiO₄/C复合样品。

从溶胶-凝胶法来看，Dominko等[Dominko R，Electrochem.Commun.，2006，8(2)： 217-222.]将柠檬酸铁和硝酸铁混合，先在保护气氛下制备溶胶，然后，再加入氢氧化 锂和二氧化硅的混合物，经过水热处理制备干凝胶，最后烧结制备产物。