[发明专利]一种锂离子电池硅酸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制造技术领域，特别涉及到一种锂离子电池正极材料的制 备方法。

背景技术

自从Li/LiCoO₂电池产业化以来，锂离子电池以其高能量密度、高放电电压、比 容量大、自放电率低、无记忆效应和无污染等优点受到世界各国的广泛关注，尤其铁 系正极材料具有资源丰富、价格便宜、无毒、环境友好、热稳定性好、完全性高等优 点。目前应用的铁系正极材料主要有磷酸铁锂(LiFePO₄)与硅酸铁锂(Li₂FeSiO₄)。 由于硅元素在地球上元素中含量第一、对环境和人类都没有危害，且Li₂FeSiO₄相对 于LiFePO₄具有原料价格更低廉、与环境的亲和性更好等优点，因此Li₂FeSiO₄有望成 为新一代的锂离子电池正极材料。

目前，文献报道的Li₂FeSiO₄的典型制备方法有高温固相合成、溶胶-凝胶法和水 热法等。A.Nyten等人在通过高温固相法以硅酸锂、草酸亚铁和正硅酸乙酯为原料， 混合后在CO/CO₂气氛下750℃反应24h高温合成了Li₂FeSiO₄/C复合材料。在60℃， 以1/16C电流在2.0-3.7V充放电，放电容量为130mAh/g。R.Dominko等人将二氧化 硅经超声辅助均匀分散于氢氧化锂溶液，然后与氯化亚铁溶液混合，在密闭高压釜中 150℃恒温反应72h以上，得到的粉末在Ar气氛下用蒸馏水反复洗涤，干燥后得到 Li₂FeSiO₄粉体，但得到的材料电化学性能较差，室温下以1/30C倍率电流在2.0-4.2V 充放电，可逆容量约为91mAh/g。R.Dominko等人将柠檬酸铁、硝酸铁的混合物、 CH₃COOLi和SiO₂粉末为原料，在超声水浴中制备凝胶，经干燥，研磨后于700℃的惰 性气氛下反应1h后得到Li₂FeSiO₄，在60℃，以1/20C电流在2.0-3.8V充放电，可 逆容量为110mAh/g左右，并表现出较好的循环稳定性。

上述合成方法当中，传统的高温固相合成法需要较高的合成温度，得到材料晶粒 与颗粒大，不利于硅酸铁锂电化学性能的提高，而水热法、溶胶-凝胶法难以工业化 应用，且得到粉体材料密度低，不利于提高电池的体积能量密度。因此，研究开发兼 具良好电化学性能及较高密度的Li₂FeSiO₄/C正极材料的制备方法，对于推动 Li₂FeSiO₄正极材料的研发与产业化进程，促进锂离子电池、电动车及相关产业的发 展有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种锂离子电池硅酸铁锂正极材料的制备方法，该制备方法 易于工业化、制备出来的硅酸铁锂正极材料相均匀，生成周期短，节省能耗。

本发明的锂离子电池硅酸铁锂正极材料的制备方法包括如下步骤：

A：按照Li∶Fe∶Si的摩尔比2∶1∶1的比例将基础原料锂源化合物、铁源 化合物和二氧化硅混合，并加入质量占上述基础原料总质量2％-40％的导热剂，进行 研磨；

B：研磨后的材料经干燥后压成块状，放入装有活性炭的坩埚中，再将坩埚置于 微波中辐射加热2～30分钟，即可制得硅酸铁锂正极材料。

为使所生成的硅酸铁锂正极材料导电性能更好，所述步骤A中，还加入质量占基 础原料总质量0.1％-20％的碳源化合物进行研磨，这样制备出来的硅酸铁锂正极材料 被碳所包覆，提高了导电性。

为保证研磨效果，所述步骤A中用无水乙醇作分散剂进行研磨。

步骤A中所述的锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氯化锂、硝 酸锂中的一种或多种。

步骤A中所述的铁源化合物为草酸亚铁、氯化亚铁、磷酸亚铁、醋酸亚铁中的一 种或多种。

步骤A中所述的导热剂为乙炔黑、活性炭、石墨中的一种或多种。

步骤A中所述的碳源化合物为聚乙烯、蔗糖、葡萄糖、淀粉中的一种或多种。