[發明專利]一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201610186272.4
• 申請日: 2016-03-27
• 公開（公告）號: CN105720264A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 楊成浩;歐星;熊訓輝;劉美林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬能源材料的制備和應用領域，具體涉及一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

目前，鋰離子電池因其放電電壓高、能量密度大、循環壽命長等優點，可被廣泛應用于筆記本電腦、相機、手機等日益小型化、功能化電子產品。如何進一步提高鋰離子電池能量密度、功率密度和循環穩定性，是推動其在動力電池領域應用的關鍵。正極材料是鋰離子電池主要的組成部分和能量儲存的關鍵。已經商品化的鈷酸鋰（LiCoO₂）原材料昂貴，安全性不佳，難以在動力電池領域大規模應用。層狀結構的過渡金屬氧化物、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰等正極材料因其具有超過150mAh/g的比容量，引起了廣泛的研究興趣和被認為具有非常高的商業化應用價值，但是這些材料的放電平臺較低，極大影響了其能量密度。正極材料已成為制約高容量鋰離子電池整體性能進一步提高的重要因素。因此，開發一種新型鋰離子電池正極材料，提高正極材料的放電平臺，迫在眉睫。

銻酸鐵鋰(Li₄FeSbO₆)是一種新型的層狀正極材料，在結構中可以鑲嵌4個Li原子，具有較高的理論放電比容量（380mAh/g）。同時，Li₄FeSbO₆結構穩定放電平臺較高，材料具有較高的能量密度。另外，其化學穩定性和熱穩定性較好，具有較強的安全性，對環境友好，生產成本低廉。因此，可預見其在正極材料方面具有良好的應用前景。目前，國內尚未見銻酸鐵鋰作為可充鋰離子電池正極材料相關報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料及其制備方法與應用。該制備方法為利用高溫固相技術制備鋰離子電池正極材料銻酸鐵鋰。該方法原材料來源廣泛，操作工藝簡單、易于控制、重現性高，擁有明顯的實用性。合成的關鍵儲能微米材料具有完整的晶型結構，表現出了良高的放電比容量。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1）前驅體制備：稱量鋰源、鐵源和銻源，然后添加有機溶劑作為分散劑混合球磨6-24小時后，干燥、壓片，得前驅體；

2）預處理：將步驟1）制備的前驅體在空氣或氧氣氛圍下400-700℃處理6‐12小時，自然冷卻至室溫后，研磨均勻得到粉末狀前驅體材料；

3）燒結階段：將步驟2）得到的前驅體材料在空氣或者氧氣下800-1200℃燒結10-30小時，自然冷卻至室溫，即得成品銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料，化學式為Li₄FeSbO₆。

進一步地，步驟1）所述的鋰源為氟化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰和氫氧化鋰中的一種或幾種。

進一步地，步驟1）所述的鐵源為草酸鐵、硝酸鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵和氫氧化鐵中的一種或幾種。

進一步地，步驟1）所述的銻源為五氧化二銻、三氧化二銻、三氯化銻和三硫化銻中的一種或幾種。

進一步地，步驟1）所述的有機溶劑為乙醇、丙酮和甲醇中的一種。

進一步地，步驟1）所述鋰源、鐵源和銻源按摩爾比Li：Fe：Sb=（4-4.2）:1:1進行稱量。

由上述的制備方法制得的一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料。

以上所述的一種銻酸鐵鋰鋰離子電池正極材料在鋰離子電池中的應用。

與現有技術相比，本發明具有如下的優點與技術效果：

1、本發明的銻酸鐵鋰屬于新型的鋰離子電池正極材料，其理論放電容量為380mAh/g，放電平臺為4.2V，具有較大的能量密度，是高能量鋰離子電池理想的正極材料。本發明的銻酸鐵鋰應用在鋰離子電池中表現出優異的電化學性能。

2、本發明的制備方法的原材料來源廣泛，操作工藝簡單、易于控制、重現性高，能滿足鋰離子電池實際應用的各種需要，易實現工業化規模生產。

3、本發明制備的銻酸鐵鋰純度高、結晶度高。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中所得Li₄FeSbO₆的XRD圖。

圖2為本發明實施例1中所得Li₄FeSbO₆的SEM圖。

圖3為本發明實施例1中所得Li₄FeSbO₆的首次充放電曲線圖。