[发明专利]一种锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在加入成核助剂的水解液中水解硅源；(2)硅酸亚铁锂前驱体的制备；(3)在惰性气氛下，将硅酸亚铁锂前驱体烧结、研磨得到锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料。利用本发明制备的硅酸亚铁锂正极材料，具有均匀球形的纳米Li₂FeSiO₄颗粒，并且将粒径控制在200nm左右，电化学性能好、振实密度高、粒径均匀、电导率和能量密度高，从而解决了硅酸亚铁锂正极材料本征导电率低和锂离子扩散系数低的问题；本发明工艺简单，成本低，效率高，安全环保，适合规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

由于化石能源的不可再生性和对环境的不友好性，寻找新一代的能源替代化石能源迫在眉睫。目前，可供选择的新能源很多，包括太阳能，风能，地热能等。限制新能源的发展的瓶颈，不在于新能源的开发，而在于新能源的能量储存和转化。锂离子电池由于本身诸多优点，例如：高能量密度、全高效等，被认为是能量储存和转化最理想的工具，成为目前新能源行业的主要研究热点之一。

锂离子电池主要包括正极材料、隔膜、电解液、导电剂、粘结剂、负极材料等几个部分组成，由于目前主流的的正极材料的本征电导率和锂离子的扩散速率较低，导致正极材料成为锂离子电池的发展的瓶颈。

目前国内市场上商用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂以及三元正极材料等。与这几种正极材料相比，硅酸亚铁锂的比容量高、价格便宜、安全性能好、对环境友好和循环寿命长等优点，是目前正极材料研究的一个热点之一。同时，硅酸亚铁锂也有其明显的缺点，包括离子扩散系数很低、材料本征电导率低等，这就严重限制了其在市场上的应用。为了解决这些问题，专利CN104362318A提出了一种制备微孔球结构的硅酸亚铁锂/碳复合正极材料的方法，该方法指出制备微孔球结构的硅酸亚铁锂材料作为正极材料应用于锂离子电池中，电化学性能有了明显提高。但制备出的球形不均匀，均在微米级别。这导致材料的振实密度不高、对锂离子的扩散路径缩短也帮助不大，导致锂离子扩散系数没有明显提高。目前，关于制备球形粒径均匀，且分散性较好的硅酸亚铁锂正极材料的相关文献鲜有报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料的制备方法，解决现有硅酸亚铁锂材料颗粒不均匀而导致振实密度低和锂离子扩散系数低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将水解成核助剂与水解液于35～50℃下充分搅拌混匀得到水解体系，再向所述水解体系中加入用无水乙醇稀释的硅源，恒温水解2～3h，得到乳白色浑浊液；所述稀释用无水乙醇与硅源的体积比为1～3：1；

2)将步骤1)得到的乳白色浑浊液转移到球磨罐中，然后向所述的球磨罐中加入锂源和铁源得到混合液，将所述混合液进行球磨4～6h后，即得到红褐色浊液，再将所述红褐色浊液于60～100℃真空干燥得到硅酸亚铁锂前驱体；

3)将步骤2)得到硅酸亚铁锂前驱体研磨成粉末，在惰性气氛下，将所述粉末进行烧结，冷却至室温，将烧结后的产物充分研磨成细小粉末，得到锂离子电池用球形硅酸亚铁锂正极材料。

进一步，所述水解液包括乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮，所述硅源、乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1：25～40：15～25：1.2～1.6：1/16000～1/15000。在上述水解液中，乙醇、水和氨水为硅源提供一个碱性的水解环境，促进硅源的水解；表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮可以有效的阻止水解产物二氧化硅的团聚，得到分散性良好的二氧化硅作为硅源。当硅源、乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1：25～40：15～25：1.2～1.6：1/16000～1/15000时，水解效果及其水解产物的分散性最佳。