[發(fā)明專利]硅酸亞鐵鋰材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310150137.0
• 申請(qǐng)日: 2013-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN103259014A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任冰;許云華;王娟;強(qiáng)靜;李雯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M4/1397;C01B33/32
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅酸亞鐵鋰材料的制備方法。

背景技術(shù)

硅酸亞鐵鋰具有穩(wěn)定的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使其具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性從而帶來(lái)較好的循環(huán)性能，硅酸亞鐵鋰的化學(xué)式為L(zhǎng)i₂FeSiO₄，含有兩個(gè)鋰離子故具有較高的理論容量，而且硅元素?zé)o毒、廉價(jià)、克容量高，由于以上特點(diǎn)使得硅酸亞鐵鋰材料被廣泛的應(yīng)用于鋰離子電池的正極材料。目前硅酸亞鐵鋰材料常用的方法是固相法，固相法的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，工藝簡(jiǎn)單，其不足之處在于該方法易混入雜質(zhì)，制備得到的硅酸亞鐵鋰材料粒度不均勻，而且晶粒較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種硅酸亞鐵鋰材料的制備方法，解決了固相法制備得到的硅酸亞鐵鋰材料粒度不均勻和晶粒較大的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，硅酸亞鐵鋰材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，向溶劑1中依次加入硅酸鈉或正硅酸乙酯和表面活性劑混合均勻后調(diào)節(jié)pH為3～12，然后通過過濾、洗滌至中性，再進(jìn)行噴霧干燥得到硅離子沉淀物；

步驟2，向溶劑2中依次加入草酸和步驟1得到的硅離子沉淀物充分混合后用有機(jī)酸調(diào)節(jié)pH為2～6，然后加入鐵源化合物，再經(jīng)過過濾、洗滌后進(jìn)行噴霧干燥得到硅離子和鐵離子共沉淀物；

步驟3，向步驟2得到的硅離子和鐵離子共沉淀物中依次加入鋰源化合物、有機(jī)酸和碳源化合物，濕磨后真空干燥得到硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體，最后將硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體經(jīng)過燒結(jié)，即得到硅酸亞鐵鋰材料。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中表面活性劑和硅酸鈉或正硅酸乙酯的質(zhì)量比為0～3：1，硅酸鈉或正硅酸乙酯和溶劑1的摩爾比為1：10～50；調(diào)節(jié)pH采用硫酸溶液或氨水溶液。

步驟2中草酸、鐵源化合物和硅酸鈉或正硅酸乙酯的摩爾比為1:1:1，草酸與溶劑2的摩爾比為1:20～100。

步驟1和步驟2中的噴霧干燥在噴霧干燥機(jī)中，噴霧干燥的溫度為80～120℃。

步驟3中鋰源化合物中的鋰與硅源化合物的摩爾比為1.95～2.1:1，碳源化合物的加入量為最終得到的硅酸亞鐵鋰材料的1wt%～20wt%。

步驟3中燒結(jié)采用兩段燒結(jié)或直接燒結(jié)，兩段燒結(jié)是將硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體在保護(hù)性氣氛下，溫度為250～550℃的環(huán)境下處理0.5～6小時(shí)，然后冷卻后與有機(jī)酸混合，有機(jī)酸與鐵源化合物的摩爾比為0～1.5:1，在轉(zhuǎn)速為100rpm～500rpm的球磨機(jī)上濕磨2～12小時(shí)后在60℃～120℃下真空干燥，最后再在保護(hù)性氣氛下，溫度為600℃～900℃的環(huán)境下處理6～24小時(shí)；直接燒結(jié)是將硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體在保護(hù)性氣氛下升溫至250℃～550℃后保溫0.5～6小時(shí)，然后繼續(xù)升溫至600℃～900℃后保溫6小時(shí)～24小時(shí)。

保護(hù)性氣氛為氮?dú)狻鍤狻O、CO₂中的一種或兩種以上的混合氣體；濕磨用的溶劑為丙酮或乙醇。

鋰源化合物為氫氧化鋰、二水醋酸鋰、硝酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、硫酸鋰、碘化鋰、甲酸鋰、氟化鋰、鉻酸鋰、四水檸檬酸鋰、溴化鋰、四氟硼酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰、磷酸二氫鋰、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混合物。

鐵源化合物為硫酸亞鐵、碳酸亞鐵、氯化亞鐵、檸檬酸鐵、乳酸亞鐵、醋酸亞鐵、硝酸亞鐵、磷酸亞鐵中的任一種或兩種以上任意摩爾比混合物。

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(huán)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(duì)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、單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管中的任一種或兩種以上任意摩爾比混合物。

溶劑1和溶劑2為去離子水、蒸餾水、乙醇、丙酮中的任一種或兩種以上任意摩爾比混合物；表面活性劑為P123、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸鈉、曲拉通S-100、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三甲基氯化烷、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種以上任意摩爾比混合物；有機(jī)酸為檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、水楊酸、琥珀酸、甘氨酸、乙二胺四乙酸中的任一種或兩種以上任意摩爾比混合物。

本發(fā)明的有益效果是，