[发明专利]一种高纯硅酸铁锂的制备方法

说明书

本发明提供了一种高纯硅酸铁锂的制备方法。本发明以溶胶凝胶法为基础，利用正硅酸乙酯、乙醇和水存在混溶区间的特点，将三者的体积比控制在混溶区内，在混溶区间内进行凝胶以获得颗粒尺寸和成分均匀的凝胶，再通过预烧结和烧结得到高纯的硅酸铁锂。进一步的，本发明提供的制备方法通过凝胶温度控制胶体颗粒尺寸，综合考虑凝胶温度对胶体颗粒尺寸的影响，以及颗粒尺寸与表面活性的关系，针对不同预烧结产物的粒径来确定严格的烧结温度，实现了通过调控前驱体尺寸和反应温度控制产物纯度的目的。

技术领域

本发明涉及电池材料的技术领域，特别涉及一种高纯硅酸铁锂的制备方法。

背景技术

硅酸铁锂(Li₂FeSiO₄)是一种新型锂电池正极材料，具有原料资源丰富、价格便宜、环境友好等特点。

硅酸铁锂的常用制备方法为溶胶凝胶法，溶胶凝胶法通常以铁盐、锂盐以及有机硅为原料，首先在络合剂作用下形成凝胶，将凝胶预烧结使其中的铁盐、锂盐和有机硅形成氧化物，再通过烧结得到硅酸铁锂。但是，SiO₂和Fe的氧化物在高温烧结时容易发相分离，并且Fe的价态多变，如果前驱体中元素分布不均匀，会导致相分离更加严重，而且铁价态无法控制。因而目前溶胶凝胶法在制备硅酸铁锂过程中极易产生诸如Li₂SiO₃和Fe等杂质相，产物纯度较低，既严重影响了电化学性能，又对Li₂FeSiO₄晶体结构的解析和本征性质的改善造成了困难。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种高纯硅酸铁锂的制备方法，本发明提供的制备方法所得硅酸铁锂的纯度能够达到98％以上。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种高纯硅酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将正硅酸乙酯、锂源、铁源和乙醇混合，得到混合物；

(2)将络合剂和水混合，得到络合剂溶液；所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比位于正硅酸乙酯-乙醇-水的三元相图混溶区内；

(3)将所述混合物和络合剂溶液混合进行凝胶处理，得到凝胶；

(4)将所述凝胶依次进行预烧结和烧结，得到高纯硅酸铁锂；所述高纯硅酸铁锂的纯度≥98％；

所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。

优选的，所述正硅酸乙酯、乙醇和水的体积比为1:6～9:1～3。

优选的，所述锂源为硝酸锂和/或醋酸锂；

所述铁源为硝酸铁和/或氯化铁；

所述锂源、铁源和正硅酸乙酯的摩尔比为2～2.1:1:1。

优选的，所述络合剂包括柠檬酸和/或乙二胺四乙酸；

所述络合剂和锂源与铁源中金属离子总量的摩尔比为1～1.1:1。

优选的，所述凝胶处理的温度为10～70℃。

优选的，所述预烧结在空气气氛中进行；所述预烧结的温度为380～420℃；所述预烧结的时间为1～10h。

优选的，所述烧结在惰性气体保护下进行。

优选的，所述烧结温度根据预烧结产物的粒径确定；

所述预烧结产物粒径小于178nm时，所述烧结的温度为677～827℃，时间为5～48h；

所述预烧结产物粒径为228±50nm时，所述烧结的温度为850±10℃，时间为5～48h；