[发明专利]一种制备钠掺杂硅酸亚铁锂/碳纳微结构复合正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别是一种制备钠掺杂硅酸亚铁锂/碳纳微结构复 合正极材料的方法。

背景技术

随着石油、煤炭、天然气等不可再生能源的日益减少，以及其使用带来温室效应和环境 污染等问题日益恶化，开发以可再生能源为主的新能源、发展低碳经济是解决这两大难题的 重要途径。目前，世界各国正在努力开发和利用绿色环保的可再生能源，如水能、风能、太 阳能、生物能等，并实现能源的有效转换和储存。在众多储能电池中，锂离子电池因具有工 作电压高、比能量高、体积小、无记忆效应以及循环寿命长等优点，已广泛应用于便携式电 器(如手机、笔记本电脑、数码相机、移动DVD、摄像机、MP₃等)，并已逐步成功的应用 在汽车、人造卫星、航空、航天等新的领域，展示了广阔的应用前景和潜在的经济效益，迅 速成为近年来电池领域广为关注的研究热点。

对锂离子电池而言，主要构成部分包括电解液、隔离膜、正负极材料等。其中，正极材 料占据着重要的地位，正极材料的性能和价格等是制约锂离子电池进一步向高能量、长寿命 和低成本发展的瓶颈。因此，从资源、环保及安全等方面寻找理想的正极材料一直是锂离子 电池的研究热点。开发具有高电压、高比容量、良好循环性能和高性价比的正极材料是锂离 子电池研究的重要内容。目前，生产实践和科学研究中已经涌现多种锂离子电池正极材料， 而研究主要集中于层状过渡金属氧化物LiMO₂(M＝Co、Ni等)、尖晶石型过渡金属氧化物 LiMn₂O₄以及聚阴离子类正极材料如橄榄石结构的LiFePO₄。

近年来，硅酸亚铁锂(Li₂FeSiO₄)作为一种新型的聚阴离子型正极材料，因具有矿藏丰富、 结构稳定性好和环境相容性好等特点，受到了研究者广发的关注，具有广阔的发展前景。然 而它也存在一个突出的问题：电子电导率低(10^-14Scm^-1)和离子扩散系数小(10^-14cm²S^-1)， 导致其高倍率性能差。若应用于动力车、大型储能电池等领域会受到极大的限制。可见，提 高Li₂FeSiO₄的高倍率性能是锂离子电池领域亟待解决的重要科学问题。

发明内容

为了改善Li₂FeSiO₄电子电导率低，扩散性能差等问题，本发明提出了一种制备钠掺杂硅 酸亚铁锂/碳纳微结构复合正极材料的方法，以提高其高倍率条件下的比容量。

本发明的技术方案：

1)凝胶的制备：称量柠檬酸、氢氧化锂和氢氧化钠加入蒸馏水中，搅拌溶解；加入草酸 亚铁，调节溶液pH为7～8，80～95℃下油浴保温24h后，形成墨绿色溶液；加入纳米二氧 化硅，超声20～60min，室温(25℃)下搅拌1～3h，制得溶胶。其中所述氢氧化锂、氢氧化 钠、草酸亚铁和纳米二氧化硅按摩尔比以Li:Na:Fe:Si＝(2-x):x:1:1计量；其中所述0≤x≤0.1， 柠檬酸与草酸亚铁的摩尔配比为1.5；

2)干燥：将步骤1)所述溶胶于108℃下喷雾干燥得到钠掺杂硅酸亚铁锂/碳纳微结构复 合正极材料前驱体；

3)高温裂解：将步骤2)所述钠掺杂硅酸亚铁锂/碳纳微结构复合正极材料前驱体在氩 气气氛中热处理至反应完成，得目标产物钠掺杂硅酸亚铁锂/碳纳微结构复合正极材料；其中， 所述热处理是在600～800℃下焙烧8～12h。

本发明的有益效果是：