[發明專利]一種摻雜硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910112898.0
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN101734674A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 童慶松;陳梅蓉;黃行康;常美娟;黃維靜;李變云;吳陽;李秀華
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: C01B33/32
• 分類號: C01B33/32;H01M4/58
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;吳欽緣

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料的技術領域，涉及一種可用于鋰離子電池、鋰電池、聚合物鋰離子電池和超級電容器的摻雜硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法。

技術背景

鋰離子電池廣泛應用于移動通訊、筆記本電腦、便攜電動工具。影響鋰離子電池性能和價格比的主要因素是其正極材料。自從2000年Armand等[專利US6085015]申請了硅酸亞鐵鋰的制備專利，Nytén等[Nyten?A，et?al.，Electrochem.Commun.，2005，7(2)：156-160.]報道了硅酸亞鐵鋰的物相結構以來，硅酸亞鐵鋰的研究引起了重視。硅酸亞鐵鋰正極材料具有制備原料來源廣泛，無毒環保，電子能帶寬度較小，結構穩定等優點。當Li₂FeSiO₄提供1個電子時，理論容量是166mAh/g，放電平臺為3.1V左右。硅酸亞鐵鋰的主要缺點是其電子電導率不高，鋰離子擴散速率較慢，大多要在C/30至C/16倍率電流下進行充放電，這成為該材料實現實用化的一道屏障。目前對硅酸亞鐵鋰改性的方法主要包括碳包覆處理及摻雜改性等。

制備硅酸亞鐵鋰的方法包括固相燒結法、溶膠-凝膠法等、水熱合成法等。

從固相燒結法來看，Armand等[專利US?6085015]在800℃燒結經過球磨的FeO和Li₂SiO₃混合物制備了Li₂FeSiO₄。Nyten等[Nyten?A，et?al.，Electrochem.Commun.，2005，7(2)：156-160.]將FeC₂O₄·2H₂O、Li₂SiO₃和碳凝膠球磨混合，在CO/CO₂的氣氛中制備Li₂FeSiO₄材料。Zaghib等[Zaghib?K?et?al.，J.PowerSources，2006，160(2)：1381-1386.]在800℃燒結FeC₂O₄·2H₂O和Li₂SiO₃的混合物制備了Li₂FeSiO₄樣品。向楷雄等[向楷雄等，功能材料，2008，9(39)：1455-1457.]將CH₃COOLi、FeC₂O₄·2H₂O、Si(OC₂H₅)₄和摻碳劑的球磨混合物固相燒結制備了Li₂FeSiO₄/C復合樣品。

從溶膠-凝膠法來看，Dominko等[Dominko?R，Electrochem.Commun.，2006，8(2)：217-222.]將檸檬酸鐵和硝酸鐵混合，先在保護氣氛下制備溶膠，然后，再加入氫氧化鋰和二氧化硅的混合物，經過水熱處理制備干凝膠，最后燒結制備產物。

由于以上方法制備的Li₂FeSiO₄在較低倍率下的放電性能仍然較差，近年試圖采用摻雜方法進一步改善硅酸亞鐵鋰的電化學性能。Li等[Li?L.M.et?al.，J.Power?Sources，2009]采用濕法-高溫固相燒結結合的方法合成了LiFe_1-xNi_xSiO₄/C(x＝0，0.1，0.3)正極材料。楊勇等[專利CN200610005329.2]將鋰鹽、錳鹽、亞鐵鹽和正硅酸酯在水-乙醇體系中混合，加熱后烘干制得混合前驅體，混入糖后，在氮氣氣氛下燒結處理制備了Li₂Mn_xFe_1-xSiO₄/C復合材料。他們發現在Li₂Mn_xFe_1-xSiO₄/C中x值在0至0.5區間，樣品的首次放電容量隨著摻錳量增大而增大。龔正良采用溶膠凝膠法和水熱輔助溶膠凝膠法制備了Li₂Mn_xFe_1-xSiO₄/C樣品[中國博士學位論文全文數據庫，2007]。

發明內容