[發明專利]鋰離子電池正極材料硅酸亞鐵鋰的制備方法

無效

• 申請號: 200910021964.3
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN101540394A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 劉文剛;許云華;任冰;楊蓉;周志斌;岑啟宏;彭建洪;王永平
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;C01B33/20
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其設計一種新型鋰離子電池正極材料——硅酸亞鐵鋰的制備方法。

背景技術

鋰離子電池自上世紀九十年代問世以來，由于其高能密度、高功率、良好的循環性能而廣泛應用于各類便攜式電子產品領域。隨著全球經濟的發展，能源問題已經相當突出，因此混合動力汽車和電動汽車的研發已經成為全世界的焦點，而其中的關鍵技術就是鋰離子電池技術。

正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一，目前商用的正極材料以LiCoO₂為主，但是由于LiCoO₂中鈷的資源短缺，價格昂貴，具有毒性，對環境有一定污染，因此不能適應大型動力電池的要求。LiMn₂O₄雖然成本低廉，但循環性能差，安全性也較差。1997年開始，許多研究小組報道了LiMPO₄(M＝Fe，Mn，Co，Ni)鋰離子電池正極材料，發現這是一類很有前途的正極材料。然而，LiFePO₄材料的電子電導率與振實密度很難同時提高，難以滿足新一代大容量鋰二次電池的需要。2005年，瑞典烏普薩拉大學的Nyte′n博士首次合成出Li₂FeSiO₄鋰離子電池正極材料，得到較為理想的電化學性能。Li₂FeSiO₄屬正交晶系，空間群Pmn2₁，晶格常數為a＝6.2661(5)，b＝5.3295(5)，c＝5.0148(4)與Li₃PO₄的低溫結構相似。在Li₂FeSiO₄晶體中，Li、Si、Fe都與O形成四面體結構。由于硅酸鹽具有原料易得及成本低廉等誘人的特點，Li₂FeSiO₄被認為是極具發展潛力的新型鋰離子電池正極材料。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種新型鋰離子電池正極活性材料硅酸亞鐵鋰的制備方法，該方法制備的硅酸亞鐵鋰結構穩定，與電解液相容性好，有良好的電化學性能。且操作簡便、易于控制、成本低廉。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種鋰離子電池正極材料硅酸亞鐵鋰的制備方法，其特征在于，包括下列步驟：

1)按比例將原料鋰鹽、亞鐵鹽、二氧化硅和添加劑混合，其中Li∶Fe∶Si的摩爾比為(1.9-2.1)∶(0.95-1.05)∶1，添加劑的加入量為混合物總質量的1～30％；

2)將均勻混合的物料放入熱處理設備中，在流速為100～5000ml/min的惰性氣流保護中加熱處理，升溫速率為1℃/min～20℃/min，待熱處理溫度升至300℃～450℃時，保持，在該溫度下加熱1～30小時，然后繼續升溫，在700℃～900℃的范圍內，熱處理10小時～48小時，然后緩慢降至室溫，得到硅酸亞鐵鋰材料。

由于本發明中在硅酸亞鐵鋰的合成過程中采用了添加劑，這些添加劑通過混合均勻分散到材料顆粒之間，添加劑主要起到兩個作用：一是抑制硅酸亞鐵鋰單個顆粒的生長，減小單個顆粒的粒徑。二是添加劑熱解以后形成的熱解炭可以包覆于顆粒表面或存在于顆粒之間，從而有效地改善顆粒之間的導電性能。所以在合成過程中加入添加劑可以得到粒徑小、導電性能好、電化學性能優良的硅酸亞鐵鋰材料。

本發明的鋰離子電池正極材料硅酸亞鐵鋰的制備方法，具有以下優點：

1、原材料來源廣泛，無污染，成本低；

2、材料的制備工藝簡單、安全性高；

3、所制備的硅酸亞鐵鋰具有優良的微觀結構；

4、所制備的硅酸亞鐵鋰結構穩定，與電解液相容性好，有良好的電化學性能。

5、本發明所涉及的正極材料可廣泛應用于各類鋰離子電池中，包括各類移動電子產品和電動交通工具。

附圖說明

圖1是發明人給出的實施例1所制備的硅酸亞鐵鋰樣品的X-射線衍射花樣，采用日本Rigaku公司D/MAX-2400型X射線衍射儀，Cu?Kα靶為輻射源，電壓為46kV，電流為100mA，步長為0.02，掃描速度為10(°)/min，掃描范圍(2θ)為3°～90°。

圖2是發明人給出的實施例1所制備的硅酸亞鐵鋰樣品的掃描電鏡圖片，利用日本電子公司JSM-6700F型場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)拍攝。

圖3是按實施例1所制備的硅酸亞鐵鋰正極材料的首次充放電曲線圖。