[發明專利]一種復合硅酸鹽正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910188589.1
• 申請日: 2009-12-02
• 公開（公告）號: CN102088074A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 賀雪琴;岳敏;陳占軍;梁奇
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合硅酸鹽正極材料，包括鐵源、錳源、鋰源、硅源、摻雜劑；其特征在于：其表面包覆有1~10％重量的碳包覆層；在鋰位或鐵位摻雜了Mg，Al，Co，Ni，Cu，Zn，Mo，Ag，W，V，Ti，Nb、Zr，Cr高價金屬元素中的一種或幾種，摻雜原子濃度范圍為0.001~0.2，復合材料的振實密度范圍為0.8~1.5g/cm³，物相為純相。

2.根據權利要求1所述的復合硅酸鹽正極材料，其特征在于：碳包覆層的重量百分比為4~7％，摻雜原子濃度范圍為0.07~0.13，復合材料的振實密度范圍為1~1.3g/cm³。

3.根據權利要求1所述的復合硅酸鹽正極材料，其特征在于：碳包覆層的重量百分比為6％，摻雜原子濃度范圍為0.1，復合材料的振實密度范圍為1.1g/cm³。

4.一種固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于包括以下制備步驟：

1)液相混合：按物質的量之比Li∶Mn∶Fe∶Si＝1.9~2.1∶0~1∶1~0∶0.9~1.1將鋰源化合物、錳源化合物、鐵源化合物、硅源化合物分散到水中，充分攪拌后，再加入碳源1~10％(按最終產品含量計算)，0~2％的摻雜元素，繼續攪拌5~20min；

2)前驅體的制備：將上述混合體系在200~500r/min的轉速下球磨0.5~12小時，然后在100~360度條件下噴霧干燥得到正極材料前驅體；

3)焙燒處理：將前驅體以1~10度/min的升溫速度，在600~950度中焙燒處理5~24小時，然后自然降溫至室溫即得到摻雜的、碳材料包覆的鋰離子電池硅酸鹽正極材料。

5.根據權利要求4所述固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于：所述鋰源化合物是碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、氯化鋰、硅酸鋰、硫酸鋰、硝酸鋰、碘化鋰、叔丁醇鋰、苯甲酸鋰、氟化鋰、四水檸檬酸鋰、溴化鋰、四氯鋁酸鋰、四氟硼酸里、草酸鋰；所述錳源化合物是乙酸錳、碳酸錳、四氧化三錳、三氧化二錳、二氧化錳、硫酸錳、草酸錳；所述鐵源化合物是三氧化二鐵、草酸亞鐵、乙酸亞鐵、檸檬酸鐵、氯化亞鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵；所述碳源是乙炔黑super-p、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡膠、纖維素、瀝青、酚醛樹脂、檸檬酸、碳納米管、蔗糖、葡萄糖、果糖、抗壞血酸、聚丙烯酸、聚乙二醇、淀粉、明膠中的一種或幾種；所述硅源是二氧化硅、硅酸乙酯、硅膠、原硅酸、硅酸鈉；所述摻雜劑為Mg，Al，Co，Ni，Cu，Zn，Mo，Ag，W，V，Ti，Nb、Zr，Cr中的一種或幾種。

6.根據權利要求4所述固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于：在前驅體制備過程中加入一些有機可溶性的化合物作碳源對硅酸鹽基體進行原位碳包覆。

7.根據權利要求6所述固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于：在原位碳包覆的同時進行高價元素摻雜處理，提高材料的內部電子導電性。

8.根據權利要求7所述的固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于：所述摻雜元素的摻雜位置為鋰位，即Li_2-yM_yFe_xMn_1-xSiO₄/C，其中0＜＝x＜＝1，0＜＝y＜＝0.02，M為I?B~VIIIB中一種或幾種過渡態元素。

9.根據權利要求4至8任一項所述的固相法制備復合硅酸鹽正極材料的方法，其特征在于：材料的化學式表達為Li_2-yM_yFe_xMn_1-xSiO₄/C(0＜＝x＜＝1，0＜＝y＜＝0.02，M為I?B~VIIIB中一種或幾種過渡態元素)，通過調節x值的大小來得到可控容量以及平均電壓大小的系列硅酸鹽正極材料。