[發明專利]一種用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法

有效

• 申請號: 201310406544.3
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN104425819A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 米麟;褚衛國;王漢夫;郭延軍
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 李婉婉;張苗

技術領域

本發明涉及一種用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法。

背景技術

隨著各種移動電子設備、混合動力車的迅速發展，對鋰離子電池性能的要求也越來越高。其中，鋰離子電池正極材料的性能和價格是制約其發展的關鍵。自1997年首次報道磷酸鐵鋰可作為鋰離子電池正極材料以來，磷酸鐵鋰以其低成本、無毒和良好的安全性能受到廣泛關注。但是，較差的電子導電性卻制約其發展。因此，人們進行不斷探索，期望發現具有更好導電性的高性能鋰離子電池正極材料。而硅酸鹽嵌鋰化合物（Li₂MSiO₄，M=Fe、Mn、Co、Ni）由于其獨特的Si-O鍵的存在，其電子導電性有可能優于先前發現的磷酸鐵鋰，而在單電子脫嵌鋰時理論比容量與磷酸鐵鋰相近。因此，受到人們的廣泛關注。目前，研究工作主要仍然集中于材料合成方法的探索。更為重要的是，與磷酸鐵鋰相比，當硅酸鐵鋰脫嵌兩個鋰離子時，其理論比容量約為磷酸鐵鋰的兩倍。因此，研究硅酸鐵鋰的合成具有重要的科學和實際意義。

目前，文獻報道的硅酸鐵鋰的典型制備方法有高溫固相法、溶膠凝膠法和水熱法等。高溫固相法：A.Nyten等人在通過高溫固相法以硅酸鋰、草酸亞鐵和正硅酸乙酯為原料，混合后在CO/CO₂氣氛下750℃反應24h高溫合成了Li₂FeSiO₄/C復合材料。水熱法：R.Dominko等人將二氧化硅經超聲輔助均勻分散于氫氧化鋰溶液，然后與氯化亞鐵溶液混合，在密閉高壓釜中150℃恒溫反應72h以上，得到的粉末在Ar氣氛下用蒸餾水反復洗滌，干燥后得到硅酸鐵鋰粉體。溶膠凝膠法：R.Dominko等人將檸檬酸鐵、硝酸鐵的混合物、乙酸鋰和二氧化硅粉末為原料，在超聲水浴中制備溶膠，經干燥，研磨后于700℃的惰性氣氛下反應1小時得到硅酸鐵鋰。

上述方法中，高溫固相合成法得到的材料晶粒與顆粒大，不利于硅酸鐵鋰電化學性能的充分發揮；而水熱法因其反應條件為高壓，具有實驗上的危險性，且不利于大規模工業化生產。溶膠凝膠法難以在較少碳含量下有效控制其顆粒尺寸，難以對其碳含量、結構進行調制以獲得最佳電化學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法，該方法得到的硅酸鐵鋰結晶性良好且粒徑小。

本發明提供一種用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法，其中，該方法包括：

1）將二氧化硅溶膠與鋰源、鐵源以及碳源添加劑混合均勻，得到均勻的溶膠，以二氧化硅計，二氧化硅溶膠與Li和Fe的摩爾比為1：1.9-2.1：0.95-1.05；除去所述溶膠中的溶劑得到凝膠；所述碳源添加劑為檸檬酸和葡萄糖，以二氧化硅的摩爾量計，二氧化硅溶膠與檸檬酸和葡萄糖的摩爾比為1：0.2-0.6：0.4-0.8；

2）在惰性氣氛下，將得到的凝膠進行燒結。

根據本發明的用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法，得到的硅酸鐵鋰結晶性良好、粒徑小且分布均勻；通過使用該硅酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料得到的電池，循環性能良好。

附圖說明

圖1是實施實例制備的硅酸鐵鋰的X射線衍射圖譜，其中曲線1為實施例1的XRD圖譜，曲線2為實施例2的XRD圖譜，曲線3為實施例3的XRD圖譜。

圖2是實施例1制備的硅酸鐵鋰的掃描電子顯微鏡照片。

圖3是實施例2制備的硅酸鐵鋰的掃描電子顯微鏡照片。

圖4是實施例3制備的硅酸鐵鋰的掃描電子顯微鏡照片。

圖5是分別由實施例1-3制備的硅酸鐵鋰制備的扣式電池在恒流0.1C下的循環容量性能曲線，其中曲線1為實施例1的容量曲線，曲線2為實施例2的容量曲線，曲線3為實施例3的容量曲線。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

本發明提供了一種用作鋰離子電池正極材料的硅酸鐵鋰的制備方法，其中，該方法包括：

1）將二氧化硅溶膠與鋰源、鐵源以及碳源添加劑混合均勻，得到均勻的溶膠，以二氧化硅計，二氧化硅溶膠與Li和Fe的摩爾比為1：1.9-2.1：0.95-1.05；除去所述溶膠中的溶劑得到凝膠；所述碳源添加劑為檸檬酸和葡萄糖，以二氧化硅的摩爾量計，二氧化硅溶膠與檸檬酸和葡萄糖的摩爾比為1：0.2-0.6：0.4-0.8；

2）在惰性氣氛下，將得到的凝膠進行燒結。