[发明专利]锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料的制备方法。

背景技术

自上世纪90年代索尼公司推出锂离子电池以来，锂离子电池作为新一代能源成为广泛的共识，锂离子电池与传统电池相比较，其能量密度高，自放电小，使用寿命长，特别是对环境无害成为了绿色能源的首选。目前的锂离子电池广泛应用于数码产品、电动工具、玩具、军用电源、储能电源等各个方面，其中作为车用动力电源是目前世界上广泛研究的重点，也是锂离子电池巨大的发展潜力和推广方向。

目前的锂离子电池主要由正负极材料、电解液、隔膜和包装壳组成，其中正极材料是决定其性能的主要原材料之一，主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料等，钴酸锂材料的安全性能较差，且钴元素价格较高，锰酸锂材料的循环性能相对较差，三元材料与磷酸铁锂材料倍率放电能力差，导致功率密度小，这些材料目前都不能完全满足市场对车用动力锂离子电池的需求。因此寻找新的正极材料是目前的研究方向之一，而硅酸锂材料以其与磷酸铁锂相似的结构被发现后成为研究正极材料的热点。目前该材料的主要研制方法有固相法和溶胶凝胶法，固相法制备的材料粒度不均匀，而且晶粒较大，而溶胶凝胶法制备的过程复杂，工艺参数难以控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料的制备方法，解决了现有方法工艺复杂和制备得到的材料粒度不均匀的问题。

本发明所采用的技术方案是，锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将锂源化合物、铁源化合物和硅源化合物溶解于溶剂中，然后依次加入碳源化合物和表面活性剂，再用有机酸调节pH至4～6，得到Li-Fe-Si-C混合物；

步骤2，将步骤1得到的Li-Fe-Si-C混合物进行超临界水域反应，然后过滤、水洗至中性，最后进行喷雾干燥，即得到锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料。

本发明的的特点还在于，

步骤1中锂源化合物中锂、铁源化合物中铁和硅源化合物中硅的摩尔比为1.95～2.1：1：1；碳源化合物的质量是最终得到的锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料质量的1～20%；表面活性剂与锂源化合物的质量比为0～3：1，溶剂与锂源化合物中锂的摩尔比为100～500：1。

步骤2中超临界水域反应在反应釜中进行，反应釜的温度为180～350℃，反应时间为1～24h，保护气氛为一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气和氩气中的任一种或两种以上任意体积比的混合气体。

步骤2中喷雾干燥在喷雾干燥机中进行，干燥温度为80～220℃。

锂源化合物为氢氧化锂、二水醋酸锂、硝酸锂、氯化锂、硫酸锂、碘化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、甲酸锂、氟化锂、铬酸锂、四水柠檬酸锂、四氯铝酸锂、溴化锂、四氟硼酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、硅酸锂、磷酸锂、氧化锂、亚硝酸锂、钼酸锂、钒酸锂中的任一种或两种以上任意摩尔比的混合物。

铁源化合物为硫酸亚铁、碳酸亚铁、九水硝酸铁、氯化亚铁、氯化铁、柠檬酸铁、氢氧化铁、乳酸亚铁、五羟基合铁、硝酸铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁、醋酸亚铁、碱式碳酸亚铁、乙二胺四乙酸亚铁、硝酸亚铁、二氟化亚铁、磷酸亚铁、碳酸铁中的任一种或两种以上任意摩尔比的混合物。

硅源化合物为正硅酸乙酯、氮化硅、二甲基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷、二氯硅烷、二乙基氯硅烷、二氧化硅、氟硅菊酯、氟硅橡胶、氟硅酸铵、硅油、甲基苯基硅橡胶、甲基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基硅橡胶、聚硅氧烷、氰硅橡胶、三氯甲硅烷、三乙基氯硅烷、四氟化硅、四氯化硅、一乙基三氯硅烷、乙基二氯硅烷、正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、硅酸、偏硅酸、四（1-甲基乙基）硅酸酯、六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、三乙基甲硅烷、原硅酸、二硅酸、硅酸甲酯、正硅酸甲酯、四甲氧基硅烷中的任一种或两种以上任意摩尔比的混合物。

碳源化合物为抗坏血酸、呋喃树脂、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、纤维素、葡萄糖、煤沥青、石油沥青、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉、面粉、地瓜粉、马铃薯粉、玉米粉、芋头粉、大米粉、碳粉、米糠粉、石墨粉、乙炔黑、炭黑、蔗糖、柠檬酸、糠醛树脂、聚对苯、苯萘二元共聚物、苯蒽二元共聚物、苯菲二元共聚物、苯萘三元共聚物、苯萘恩三元共聚物中的任一种或两种以上任意摩尔比的混合物。