[發明專利]鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310147103.6
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103247800A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 任冰;許云華;王娟;強靜;李雯
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/1397
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，涉及一種鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料的制備方法。

背景技術

自上世紀90年代索尼公司推出鋰離子電池以來，鋰離子電池作為新一代能源成為廣泛的共識，鋰離子電池與傳統電池相比較，其能量密度高，自放電小，使用壽命長，特別是對環境無害成為了綠色能源的首選。目前的鋰離子電池廣泛應用于數碼產品、電動工具、玩具、軍用電源、儲能電源等各個方面，其中作為車用動力電源是目前世界上廣泛研究的重點，也是鋰離子電池巨大的發展潛力和推廣方向。

目前的鋰離子電池主要由正負極材料、電解液、隔膜和包裝殼組成，其中正極材料是決定其性能的主要原材料之一，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料等，鈷酸鋰材料的安全性能較差，且鈷元素價格較高，錳酸鋰材料的循環性能相對較差，三元材料與磷酸鐵鋰材料倍率放電能力差，導致功率密度小，這些材料目前都不能完全滿足市場對車用動力鋰離子電池的需求。因此尋找新的正極材料是目前的研究方向之一，而硅酸鋰材料以其與磷酸鐵鋰相似的結構被發現后成為研究正極材料的熱點。目前該材料的主要研制方法有固相法和溶膠凝膠法，固相法制備的材料粒度不均勻，而且晶粒較大，而溶膠凝膠法制備的過程復雜，工藝參數難以控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料的制備方法，解決了現有方法工藝復雜和制備得到的材料粒度不均勻的問題。

本發明所采用的技術方案是，鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，將鋰源化合物、鐵源化合物和硅源化合物溶解于溶劑中，然后依次加入碳源化合物和表面活性劑，再用有機酸調節pH至4～6，得到Li-Fe-Si-C混合物；

步驟2，將步驟1得到的Li-Fe-Si-C混合物進行超臨界水域反應，然后過濾、水洗至中性，最后進行噴霧干燥，即得到鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料。

本發明的的特點還在于，

步驟1中鋰源化合物中鋰、鐵源化合物中鐵和硅源化合物中硅的摩爾比為1.95～2.1：1：1；碳源化合物的質量是最終得到的鋰離子電池正極硅酸亞鐵鋰材料質量的1～20%；表面活性劑與鋰源化合物的質量比為0～3：1，溶劑與鋰源化合物中鋰的摩爾比為100～500：1。

步驟2中超臨界水域反應在反應釜中進行，反應釜的溫度為180～350℃，反應時間為1～24h，保護氣氛為一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣和氬氣中的任一種或兩種以上任意體積比的混合氣體。

步驟2中噴霧干燥在噴霧干燥機中進行，干燥溫度為80～220℃。

鋰源化合物為氫氧化鋰、二水醋酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰、硫酸鋰、碘化鋰、叔丁醇鋰、苯甲酸鋰、甲酸鋰、氟化鋰、鉻酸鋰、四水檸檬酸鋰、四氯鋁酸鋰、溴化鋰、四氟硼酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰、磷酸二氫鋰、硅酸鋰、磷酸鋰、氧化鋰、亞硝酸鋰、鉬酸鋰、釩酸鋰中的任一種或兩種以上任意摩爾比的混合物。

鐵源化合物為硫酸亞鐵、碳酸亞鐵、九水硝酸鐵、氯化亞鐵、氯化鐵、檸檬酸鐵、氫氧化鐵、乳酸亞鐵、五羥基合鐵、硝酸鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、氧化亞鐵、醋酸亞鐵、堿式碳酸亞鐵、乙二胺四乙酸亞鐵、硝酸亞鐵、二氟化亞鐵、磷酸亞鐵、碳酸鐵中的任一種或兩種以上任意摩爾比的混合物。

硅源化合物為正硅酸乙酯、氮化硅、二甲基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷、二氯硅烷、二乙基氯硅烷、二氧化硅、氟硅菊酯、氟硅橡膠、氟硅酸銨、硅油、甲基苯基硅橡膠、甲基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基硅橡膠、聚硅氧烷、氰硅橡膠、三氯甲硅烷、三乙基氯硅烷、四氟化硅、四氯化硅、一乙基三氯硅烷、乙基二氯硅烷、正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、硅酸、偏硅酸、四（1-甲基乙基）硅酸酯、六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、三乙基甲硅烷、原硅酸、二硅酸、硅酸甲酯、正硅酸甲酯、四甲氧基硅烷中的任一種或兩種以上任意摩爾比的混合物。

碳源化合物為抗壞血酸、呋喃樹脂、脲醛樹脂、密胺樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡膠、纖維素、葡萄糖、煤瀝青、石油瀝青、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉、面粉、地瓜粉、馬鈴薯粉、玉米粉、芋頭粉、大米粉、碳粉、米糠粉、石墨粉、乙炔黑、炭黑、蔗糖、檸檬酸、糠醛樹脂、聚對苯、苯萘二元共聚物、苯蒽二元共聚物、苯菲二元共聚物、苯萘三元共聚物、苯萘恩三元共聚物中的任一種或兩種以上任意摩爾比的混合物。