[发明专利]一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料，包括以下配方原料及组分：六氯环三磷腈、2,2'‑联苯酚、催化剂、促进剂、对二苯胺、纳米N掺杂Li₂FeSiO₄。该一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料，纳米形貌的N掺杂Li₂FeSiO₄，氮取代了部分氧的晶格，在纳米Li₂FeSiO₄晶体中产生结构缺陷，为锂离子的脱出和嵌入提供了传输路径，加速了锂离子的扩散，三维多孔聚合物包覆纳米N掺杂Li₂FeSiO₄，通过高温热裂解得到N,P掺杂多孔碳包覆硅酸亚铁锂，N掺杂有利于增强碳材料的导电性能，P掺杂有利于拓宽炭层间距，形成孔隙更加丰富的多孔碳，提高了正极材料与电解液的润湿性，促进了电极反应过程中电子的传输和扩散。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌移动来工作，充电时锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反，锂离子电池具有能量密度高，输出电压大、自放电小、循环性能优异等优点，是一种新型高效的绿色电池，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等组成，其中正极材料占锂离子电池的比例最大，正极材料的电化学性能也直接影响锂离子电池的性能。

目前的锂离子电池正极材料主要有过渡金属氧化物如钴酸锂、镍酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂等；聚阴离子化合物如磷酸铁锂、磷酸钒锂等；金属卤化物如氟化铁、氟化钴、氯化镍等；其中聚阴离子型硅酸亚铁锂Li₂FeSiO₄较高的理论容量，环境友好以及成本较低，是一种非常具有发展潜力的锂离子电池正极材料，但是硫酸亚铁锂的电子导电率和锂离子扩散系数较低，不利于电子的传输和扩散，并且实际情况中分子中的两个锂离子很难实现高效率地可逆脱嵌。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料及其制法，解决硫酸亚铁锂电极材料的电子导电率和锂离子扩散系数较低，不利于电子和锂离子扩散和迁移的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳包覆硅酸亚铁锂的锂离子电池正极材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：11-15份六氯环三磷腈、12-18份2,2'-联苯酚、2-5份催化剂、2-4份促进剂、13-20份对二苯胺、38-60份纳米N掺杂Li₂FeSiO₄。

优选的，所述催化剂为四丁基溴化铵、促进剂为氢氧化钠。

优选的，所述纳米N掺杂Li₂FeSiO₄制备方法包括包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂和正硅酸乙酯，搅拌溶解后加入FeC₂O₄和CH₃COOLi，搅拌溶解后滴加醋酸调节溶液pH至2-4，将反应瓶置于油浴锅中加热至75-95℃，匀速搅拌直至形成凝胶状，再加入尿素匀速搅拌3-6h，将凝胶状混合产物干燥除去溶剂，置于气氛电阻炉中，升温速率为2-8℃/min，升温至620-660℃，保温煅烧15-20h，煅烧产物即为纳米N掺杂Li₂FeSiO₄。

优选的，所述正硅酸乙酯、FeC₂O₄、CH₃COOLi和尿素的物质的量比为1:1-1.2:2-2.4:15-25。