[发明专利]一种硅酸铁锂的制备方法

说明书

本发明公开一种硅酸铁锂的制备方法。将硅酸钠溶液、硫酸亚铁溶液和氨水溶液搅拌反应得到浆料，浆料在搅拌条件下通入氧气反应得到硅铁混合料；得到的硅铁混合料加入纯水浆化，然后加入碳酸锂、纳米二氧化钛和醋酸锰，搅拌分散后通入二氧化碳，通入二氧化碳使得碳酸锂完全转化为碳酸氢锂，然后停止通入二氧化碳，再将物料放入砂磨机内砂磨,经过离心喷雾干燥得到干燥料，干燥料经过气流粉碎得到粉碎料；将粉碎料放入匣钵内，在惰性气氛保护下进行烧结，经过气流破碎，筛分除铁后进行真空包装。本发明通过碳的包覆和锰、钛的掺杂，在充放电时稳定了结构，延长了循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种硅酸铁锂的制备方法，属于锂电池正极材料技术领域。

背景技术

目前,商业化的锂离子电池正极材料主要包括层状结构，尖晶石结构和聚阴离子结构的无机化合物。根据化学键和堆积模型分类，这些结构可以分八面体(钴酸锂和层状三元材料)，四面体(硅酸盐材料)以及四面体和八面体混杂(磷酸铁锂和锰酸锂材料)结构。与其他的材料相比，四面体结构材料是一种具有潜力的高容量材料，如Li2FeSiO4正极材料理论上可以实现2个Li+脱嵌，比容量高达332mAh/g。然而，不同于其他两种以四面体或者八面体的面或者棱线连接模型，这种高容量材料是由四面体顶点连接的堆积。四面体之间具有弱的连接作用力，在充放电过程中结构容易相变甚至破裂，导致较短的循环寿命。同时其低的电子导电率和锂离子扩散系数限制了其在商业化锂离子电池中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅酸铁锂的制备方法，通过碳的包覆和锰、钛的掺杂，在充放电时稳定了结构，延长了循环寿命，本工艺制备的硅酸铁锂一次粒径为40-50nm，提高了硅酸铁锂的电子导电率和锂离子扩散系数。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种硅酸铁锂的制备方法，其为以下步骤：

(1)将硅酸钠溶解于水，得到硅酸钠溶液，将电池级硫酸亚铁晶体加入水合肼溶液中配制成浓度为1-1.5mol/L的硫酸亚铁溶液，配制氨水溶液，将硅酸钠溶液、硫酸亚铁溶液和氨水溶液对加到反应釜内，维持反应过程的pH为8-8.5,反应温度为20-35℃，对加时间为15-30min，然后继续搅拌30-60min得到浆料；

(2)将步骤(1)得到的浆料升温至温度为100-120℃，在搅拌条件下通入氧气，反应至溶液中的亚铁含量低于10ppm,然后经过过滤和洗涤，得到硅铁混合料；

(3)将步骤(2)中得到的硅铁混合料加入纯水浆化，然后加入碳酸锂、纳米二氧化钛和醋酸锰，搅拌分散后通入二氧化碳，通入二氧化碳使得碳酸锂完全转化为碳酸氢锂，然后停止通入二氧化碳，再将物料放入砂磨机内砂磨至物料的粒径为150-200nm,经过离心喷雾干燥得到干燥料，干燥料经过气流粉碎至物料的粒径为0.8-1微米得到粉碎料；

(4)将粉碎料放入匣钵内，在惰性气氛保护下进行烧结，烧结温度为610-625℃，烧结时间为18-20小时，其中升温时间5-6小时，保温时间8-10小时，降温时间为4-6小时，得到硅酸铁锂，将硅酸铁锂经过气流破碎，筛分除铁后进行真空包装。

步骤(1)中硅酸钠中铅、钴、镍、铜和锌的含量低于20ppm，钙和镁含量低于50ppm,硅酸钠的纯度大于99.5％，水合肼溶液的浓度为0.01-0.02mol/L，氨水溶液的浓度为3-5mol/L，搅拌速度为500-600r/min。

所述步骤(2)中通入氧气反应的时间为3-4小时，过滤采用微孔过滤器进行过滤，洗涤硅铁混合料采用热纯水为洗涤液，洗涤至洗涤水的电导率低于20μS/cm。