[发明专利]乙炔黑辅助溶胶法合成Li2FeSiO4正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池硅酸盐正极材料的乙炔黑辅助溶胶法合成方法。

背景技术

硅酸铁锂(Li₂FeSiO₄)较LiFePO₄是最近几年被发现的新型锂离子电池正极材料，它的研究是源于研究Li-Fe-Si-O与磷酸铁锂具有相同的晶格稳定性效应，而这种效应是由稳定的的Si-O键带来的。由于硅酸盐具有天然丰富及低成本等诱人的特点。以Li₂FeSiO₄为代表的Li₂MSiO₄(M为Co，Ni，Fe，Mn等过渡金属元素)一系列新型正极材料迅速引起了众多研究人员的关注。

Li₂FeSiO₄作为一种新兴的锂离子电池正极材料，由于其高比能量，价格低廉，环境友好，安全可靠，且硅酸盐储量丰富等特点，具有良好的应用前景。Li₂FeSiO₄的理论容量为166mAh/g，相对于金属锂的放电电压平台为2.76V左右。然而，Li₂FeSiO₄在室温下电子电导率很低，而且Li⁺的扩散系数很小。Li₂FeSiO₄传统制备方法为溶胶凝胶法，制备出来的材料在小倍率下衰减仍很快，达不到理论容量。

发明内容

为克服传统溶胶凝胶法制备Li₂FeSiO₄材料过程复杂，成品在小倍率下衰减快、且达不到理论容量的缺点，提出一种制备方法简单、合成性能稳定的锂离子电池正极材料Li₂FeSiO₄的方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种乙炔黑辅助溶胶法合成Li₂FeSiO₄正极材料的方法，包括以下步骤：

A、将研磨后的柠檬酸铁、乙炔黑和LiCH₃COOH·2H₂O加入水中在三口烧瓶中搅拌2h溶解形成溶液a，将柠檬酸、乙二醇溶解在水中形成溶液b，将正硅酸乙酯溶解在乙醇中形成溶液c；

B、将溶液b缓慢加到溶液a中，同时将溶液c慢慢滴加到溶液a中，混合均匀后得到浑浊红褐色溶液；将所得浑浊红褐色溶液通过冷凝回流装置加热80℃并搅拌24h后，得到透明的绿色溶液；

C、将所得到的绿色溶液在60-80℃下蒸干乙醇和水得到凝胶，并100-120℃真空干燥12h得到前驱物；

D、在管式炉中以1-2.5℃/min的速率将干燥物加热至700℃后保温8-12h，得到正极材料。

具体的，所述溶液a中各组份按摩尔份额为：柠檬酸铁0.05份、乙炔黑0.13份、LiCH₃COOH·2H₂O0.1份、水2.78份；所述溶液b中各组份按摩尔份额为：柠檬酸0.05份、乙二醇0.15份、水2.78份，所述溶液c中各组份按摩尔份额为：正硅酸乙酯0.05-0.075份、乙醇1.1份。

作为一种优选方式，所述步骤D的加热和保温为在惰性保护气氛下进行。

具体的，所述惰性保护气氛为Ar或N₂。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

(1)制备方法简单，原料廉价；

(2)在合成过程中加入乙炔黑，形成含有乙炔黑的前驱体，烧出来的材料导电性增加，容量衰减较慢，循环性能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例1Li₂FeSiO₄的XRD；

图2为对比例1Li₂FeSiO₄的XRD；

图3为本发明实施例1Li₂FeSiO₄(a)和对比例1Li₂FeSiO₄(b)的循环性能曲线。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种乙炔黑辅助溶胶法合成Li₂FeSiO₄正极材料的方法，包括以下步骤：