[发明专利]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，涉及一种硅酸亚铁锂材料的制备方法。

背景技术

硅酸亚铁锂具有稳定的共价键结构，使其具有良好的结构稳定性从而带来较好的循环性能，硅酸亚铁锂的化学式为Li₂FeSiO₄，含有两个锂离子故具有较高的理论容量，而且硅元素无毒、廉价、克容量高，由于以上特点使得硅酸亚铁锂材料被广泛的应用于锂离子电池的正极材料。目前硅酸亚铁锂材料常用的方法是固相法，固相法的优点在于成本低，工艺简单，其不足之处在于该方法易混入杂质，制备得到的硅酸亚铁锂材料粒度不均匀，而且晶粒较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅酸亚铁锂材料的制备方法，解决了固相法制备得到的硅酸亚铁锂材料粒度不均匀和晶粒较大的问题。

本发明所采用的技术方案是，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，向溶剂1中依次加入硅酸钠或正硅酸乙酯和表面活性剂混合均匀后调节pH为3～12，然后通过过滤、洗涤至中性，再进行喷雾干燥得到硅离子沉淀物；

步骤2，向溶剂2中依次加入草酸和步骤1得到的硅离子沉淀物充分混合后用有机酸调节pH为2～6，然后加入铁源化合物，再经过过滤、洗涤后进行喷雾干燥得到硅离子和铁离子共沉淀物；

步骤3，向步骤2得到的硅离子和铁离子共沉淀物中依次加入锂源化合物、有机酸和碳源化合物，湿磨后真空干燥得到硅酸亚铁锂前驱体，最后将硅酸亚铁锂前驱体经过烧结，即得到硅酸亚铁锂材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中表面活性剂和硅酸钠或正硅酸乙酯的质量比为0～3：1，硅酸钠或正硅酸乙酯和溶剂1的摩尔比为1：10～50；调节pH采用硫酸溶液或氨水溶液。

步骤2中草酸、铁源化合物和硅酸钠或正硅酸乙酯的摩尔比为1:1:1，草酸与溶剂2的摩尔比为1:20～100。

步骤1和步骤2中的喷雾干燥在喷雾干燥机中，喷雾干燥的温度为80～120℃。

步骤3中锂源化合物中的锂与硅源化合物的摩尔比为1.95～2.1:1，碳源化合物的加入量为最终得到的硅酸亚铁锂材料的1wt%～20wt%。

步骤3中烧结采用两段烧结或直接烧结，两段烧结是将硅酸亚铁锂前驱体在保护性气氛下，温度为250～550℃的环境下处理0.5～6小时，然后冷却后与有机酸混合，有机酸与铁源化合物的摩尔比为0～1.5:1，在转速为100rpm～500rpm的球磨机上湿磨2～12小时后在60℃～120℃下真空干燥，最后再在保护性气氛下，温度为600℃～900℃的环境下处理6～24小时；直接烧结是将硅酸亚铁锂前驱体在保护性气氛下升温至250℃～550℃后保温0.5～6小时，然后继续升温至600℃～900℃后保温6小时～24小时。

保护性气氛为氮气、氩气、CO、CO₂中的一种或两种以上的混合气体；湿磨用的溶剂为丙酮或乙醇。

锂源化合物为氢氧化锂、二水醋酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氯化锂、硫酸锂、碘化锂、甲酸锂、氟化锂、铬酸锂、四水柠檬酸锂、溴化锂、四氟硼酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、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混合物。

铁源化合物为硫酸亚铁、碳酸亚铁、氯化亚铁、柠檬酸铁、乳酸亚铁、醋酸亚铁、硝酸亚铁、磷酸亚铁中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

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、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

溶剂1和溶剂2为去离子水、蒸馏水、乙醇、丙酮中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物；表面活性剂为P123、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸钠、曲拉通S-100、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三甲基氯化烷、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上任意摩尔比混合物；有机酸为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸、水杨酸、琥珀酸、甘氨酸、乙二胺四乙酸中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

本发明的有益效果是，