[发明专利]一种二氧化硅均匀掺杂磷酸铁的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅均匀掺杂磷酸铁的制备方法，包括如下步骤，将Fe³⁺源、磷源和硅源分别配制成已知浓度溶液，其中铁源Fe³⁺源浓度为0.8‑1.2mol/L，PH控制在1.2‑1.6，磷源PO₄^3‑浓度为1.0‑1.5mol/L，PH控制在2.5‑3.0，硅源Si⁴⁺浓度为0.02‑0.05mol/L2)，将铁源、磷源和硅源同时滴入装有30ml底液的磁力搅拌容器中(底液为PH＝1.5±0.2的磷酸溶液)，流量分别控制为铁源100‑120ml/h，磷源120‑150ml/h，硅源50‑60ml/L，调节流量，控制混合溶液PH为1.2‑1.8，得到初步乳白色磷酸铁浆料，当浆料体积达到反应容器三分之二处，停止滴定，继续搅拌1‑3h，滴定完成搅拌1‑3h后，能够提高LiFePO₄正极材料的基础电性能，采用对LiFePO₄正极材料前驱体磷酸铁掺杂的方法来改善材料倍率性能，通过优化合成工艺，制得二氧化硅均匀掺杂的磷酸铁材料。

技术领域

本发明涉及电化学电源材料制备技术领域，具体为一种二氧化硅均匀掺杂磷酸铁的制备方法。

背景技术

在已开发的锂离子正极材料中，磷酸铁锂由于环境友好、原料低廉、理论容量高(170mAh/g)、电压平台平稳、安全性能极佳、热稳定性好、循环性能优异，使其成为新一代正极材料研究的热点，但是磷酸铁锂有两个明显缺陷，一是导电性差，大倍率充放电效率低；二是振实密度低，导致体积比容量低，这两个缺陷影响其材料实际应用，当前人们通过金属纳米颗粒包覆、碳包覆和离子掺杂改善材料的导电，其中碳包覆对材料导电性能改善程度有限，且随着碳包覆量的增加，导致材料的振实密度降低，仅有0.7-1.0g/cm³，金属纳米颗粒包覆及离子掺杂效果虽能大幅度提高材料导电性，但由于金属颗粒及离子掺杂过程都是固一固混合，不能使其对材料充分包覆及均匀掺杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种二氧化硅均匀掺杂磷酸铁的制备方法，能够提高LiFePO₄正极材料的基础电性能，采用对LiFePO₄正极材料前驱体磷酸铁掺杂的方法来改善材料倍率性能，通过优化合成工艺，制得二氧化硅均匀掺杂的磷酸铁材料，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氧化硅均匀掺杂磷酸铁的制备方法，包括如下步骤：

1)配置溶液：将Fe³⁺源、磷源和硅源分别配制成已知浓度溶液，其中铁源Fe³⁺源浓度为0.8-1.2mol/L，PH控制在1.2-1.6，磷源PO₄^3-浓度为1.0-1.5mol/L，PH控制在2.5-3.0，硅源Si⁴⁺浓度为0.02-0.05mol/L；

2)搅拌混合：将铁源、磷源和硅源同时滴入装有30ml底液的磁力搅拌容器中(底液为PH＝1.5±0.2的磷酸溶液)，流量分别控制为铁源100-120ml/h，磷源120-150ml/h，硅源50-60ml/L，调节流量，控制混合溶液PH为1.2-1.8，得到初步乳白色磷酸铁浆料，当浆料体积达到反应容器三分之二处，停止滴定，继续搅拌1-3h；

3)加热：滴定完成搅拌1-3h后，将得到的浆料加热至60-95℃，继续搅拌0.3-1h得到二氧化硅均匀掺杂的二水磷酸铁前驱体；

4)制备二氧化硅均匀掺杂的磷酸铁锂：将前驱体过滤洗涤干燥后与锂源以摩尔比1∶(0.95-1.01)均匀混合，加入去离子水分无水乙醇(去离子水和无水乙醇百分比为80∶20)，在300-600r/min的转速球磨机混合3-5h，通过喷雾干燥得到干燥粉末，干燥粉末在氮氢混合气保护下，氮气氢气体积比为100∶(5-20)，经过600-750℃高温处理8-15h制得二氧化硅均匀掺杂的磷酸铁锂；