[發明專利]硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010198190.4
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101841016A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 潘中來;黃小兵;于作龍
• 申請（專利權）人: 成都中科來方能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所 51124
• 代理人: 武森濤

技術領域

本發明涉及一種用于鋰離子電池正極材料硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合物及其制備方法，屬于能源領域以及新材料領域。

背景技術

商品化鋰離子電池正極所用各種脫嵌鋰氧化物材料存在的缺點是：幾乎所有氧化物在充電態時都是強氧化劑，與目前使用的有機電解液直接接觸存在嚴重的安全隱患。而鐵系正極材料具有明顯優勢：原料資源豐富、價格便宜、無毒、環境友好、熱穩定性好、安全性高等。目前報道的鐵系正極材料主要有LiFePO₄與Li₂FeSiO₄。由于Si元素在地球上元素中含量第一、對環境和人類都沒有危害，又Li₂FeSiO₄相對LiFePO₄具有原料價格更廉價、與環境的親和性更好，因此Li₂FeSiO₄作為動力鋰離子電池和儲能鋰離子電池正極材料有著很大的研究價值和商業應用前景。目前Li₂FeSiO₄存在的主要問題電導率不高，導致高倍率性能差，這成為其發展為可實用化高能電池的一道屏障，尤其在動力電池這一全球矚目的領域，鋰離子電池的高倍率工作特性是決定其能否商業化應用的關鍵因素之一，因此提高Li₂FeSiO₄的高倍率性能成為目前人們關注的課題。目前的研究主要集中在采用高導電率物質進行包覆以及制備納米級別的顆粒來提高Li₂FeSiO₄材料的電化學性能。

例如，孔令涌等(CN?101546828A)采用溶膠-凝膠法制備的一種碳納米管包覆的納米硅酸亞鐵鋰材料。具體包括以下步驟：

(1)按化學計量比稱取一定質量的鋰源、鐵源、硅酸根源、摻雜元素化合物溶于含絡合劑的水溶液中；

(2)將碳納米管加入一定的助劑通過超聲分散到水溶液中，并與(1)所述水溶液混合；

(3)將所得混合水溶液在通氮氣的情況下，100～200℃下加熱1～3小時可得到凝膠；

(4)將所得凝膠在惰性氣氛下600～900℃燒結，在燒結溫度下恒溫3～16小時，得到粉體硅酸亞鐵鋰材料。

該方法雖然可以得顆粒細小、均勻的硅酸亞鐵鋰材料，但是由于工業復雜、成本高、不適合大規模商品化生產。并且，CN?101546828A文件中并沒有對其電化學性能進行檢測，能否應用于鋰離子電池是無法確定的。

本發明的發明人提出了一種硅酸亞鐵鋰/碳復合正極材料(中國專利申請201010300470.1)，由瀝青受熱碳化得到的碳均勻包覆在硅酸亞鐵鋰表面形成的20～120nm的顆粒組成。制備得到硅酸亞鐵鋰/碳復合正極材料，用于鋰離子電池，具有較高的充放電容量、良好的循環性能。但是，硅酸亞鐵鋰/碳復合正極材料在高倍率條件下，可逆容量不夠高，不能滿足動力電池的使用要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種在高倍率條件下，可逆容量高的鋰離子電池用正極材料。

本發明的技術方案：

本發明所述的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料是由瀝青受熱碳化得到的碳和碳納米管均勻包覆在硅酸亞鐵鋰表面形成的顆粒組成，其中，瀝青受熱碳化得到的碳和碳納米管在硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料中共占比例為2％～30％，碳納米管與瀝青受熱碳化得到的碳的質量比為1∶0.1～10。

硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合顆粒的粒徑為20～100nm，優選30-70nm。

其中，碳納米管和瀝青受熱碳化得到的碳在硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料中共占比例為5％～15％，優選1∶0.2～5。

本發明以瀝青和碳納米管為碳源進行摻碳處理，制備硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料，用于鋰離子電池，具有較高的充放電容量、良好的循環性能。

上述硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料的制備方法步驟如下：

1)硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體的制備：

硅酸亞鐵鋰前驅物(鋰鹽、亞鐵鹽和硅源)與瀝青在有機溶劑體系混勻，干燥，得到粉末狀的硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體；

2)硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體的制備：

將硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體與碳納米管在有機溶劑體系中超聲混勻，蒸干溶劑，得到粉末狀的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體；

3)高溫裂解：將硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體在惰性氣氛中高溫熱處理，得目標產物：硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料。