[发明专利]一种锂离子电池用硅酸亚铁锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用硅酸亚铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种重要的储能装置，因其具有工作电压高、能量密度大、 自放电小、循环寿命长、使用温度范围宽、无记忆效应、安全突出优点，已经广 泛的应用于照相机、移动电话、笔记本电脑等传统小型电池领域，正向着大型化 的电动车用动力电池以及风能和太阳的储能电池发展。锂离子电池性能的提高主 要取决于高性能正负极材料开发和应用，其中正极材料是锂离子电池的安全性 能，能量密度以及成本的关键性影响因素。

近几年来，以钴的氧化物和镍的氧化物为原料制备的正极材料是目前应用最 为广泛的，但由钴和镍所制备的材料在安全、材料来源、制备过程等方面都存在 有待解决的问题；而对于其他正极材料，也都有各自需要改进的方面。正硅酸盐 Li₂FeSiO₄具有与低温Li₃PO₄相似的结构，属于正交晶系，其中氧原子以正四面体 紧密堆积方式排列，Fe与Si各自处于氧原子四面体中心位置。硅酸亚铁锂作为 锂离子电池正极材料的可逆充放电性能，这种正极材料已经引起了国内外的广泛 关注。然而影响硅酸亚铁锂正极材料广泛应用的主要因素在于其电导率较差，目 前主要采用粒子纳米化、碳包覆和高价金属离子掺杂的方法来提高其电导率。粒 子纳米化可以缩短电子及锂离子扩散路径，提高其电导率和倍率性能；包覆碳可 以使材料颗粒更好的接触，从而提高材料的电子电导率和容量。然而这两种方法 都是从外部入手提高了硅酸亚铁锂的电导率，并不影响其本身的电导率性质。高 价金属离子掺杂可以提高晶格内部的电子电导率和锂离子在晶体内部的化学扩 散系数，从材料本质上提高其本征电导率，是一种非常有效的改善材料电导率的 方法。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池用硅酸亚铁锂复合材料的制备方法，使用该方法 制备的正极材料，具有良好的导电性能和电化学循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用硅酸亚铁锂复合材料的 制备方法，包括如下步骤：

(1)制备掺杂钒的硅酸亚铁锂

称取草酸锂、四水乙酸亚铁、偏钒酸铵并溶解于去离子水中，形成混合溶液， 将正硅酸乙酯滴加到上述溶液混合溶液中，其中滴加完毕后，混合溶液中的锂、 铁、硅、V的摩尔比为2∶1∶(0.85-0.95)：(0.15-0.05)，而后在120-150W的功 率下超声1-2h，充分混合后，温度升高至80-100℃，搅拌回流12-24h，将所得到 的混合溶液在50-70℃下挥发溶剂得到湿溶胶，将所得到的湿溶胶在100-120℃下 真空干燥12-20h得到干溶胶；

将所得到的干凝胶前驱体在氦气气氛下以2-5℃/min的速率加热到400-450 ℃恒温5-8h，自然冷却到室温，取出充分研磨，再以10-15℃/min的速率加热 到700-800℃恒温煅烧15-18h，自然降到室温后，即得钒掺杂的硅酸亚铁锂；

(2)制备介孔碳化硅

取一定量的介孔二氧化硅、蔗糖、硫酸和去离子水相混合，介孔二氧硅、蔗 糖、硫酸和去离子水四者的质量比为1∶(0.5-0.6)∶(0.1-0.15)∶3，先在100-120 ℃下处理4-6h，再在170-190℃下处理3-5h，接着在600-800℃下并在氩气保护下 碳化4-6h，使蔗糖碳化，得到介孔二氧化硅中填充有碳的复合物，将所得复合物 在10-15wt％的氢氟酸中清洗3-5小时，然后在1-3M的HNO3水溶液中清洗5-7 小时，经过滤、洗涤、烘干后，即制得介孔SiC材料；

(3)碳化硅包覆钒掺杂的硅酸亚铁锂材料

上述钒掺杂的硅酸亚铁锂材料中，加入相对于钒掺杂的硅酸亚铁锂的含量为 7.5-12wt％的上述多介孔SiC材料，球磨混合均匀后在管式炉中加热，加热温度 为1300-1550℃，加热时间为3-4h，冷却后得到碳化硅包覆的钒掺杂的硅酸亚铁 锂复合材料。

本发明制备的锂离子电池用碳化硅包覆的钒掺杂的硅酸亚铁锂复合材料， 采用了特定工艺制备的介孔碳对钒掺杂的硅酸亚铁锂材料进行包覆，因此该复合 材料在用于锂离子电池时，具有较高的导电性能的同时，还具有良好的循环稳定 性，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一