[發(fā)明專利]一種鋰電池正極材料Li

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710586227.2
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107445174B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海龍;何苗
• 申請（專利權(quán)）人: 寧夏大學(xué)
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 11385 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 董芙蓉

本發(fā)明公開了一種鋰電池正極材料Li₂FeSiO₄及其制備方法，涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括：按化學(xué)計量比將鋰鹽、鐵鹽及第三種原料混合得到第一混合物；第三種原料為正硅酸乙酯或二氧化硅；第一混合物在空氣中并且溫度為300℃?500℃的條件下預(yù)燒2h?10h后，粉碎過篩再混合得到第二混合物；第二混合物在真空、惰性氣體或還原氣體中并且溫度為700℃?1200℃的條件下燒結(jié)2h?24h得到第一產(chǎn)物；第一產(chǎn)物在真空或惰性氣體且溫度為300℃?600℃的條件下保溫2h?72h后的第二產(chǎn)物即為鋰電池正極材料Li₂FeSiO₄。本發(fā)明方法制備的Li₂FeSiO₄的導(dǎo)電性和電池容量性能均較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池正極材料Li₂FeSiO₄及其制備方法。

背景技術(shù)

Li₂FeSiO₄較LiFePO₄是最近幾年被發(fā)現(xiàn)的新型正極材料，它的研究是源于研究Li–Fe–Si–O與磷酸鐵鋰具有相同的晶格穩(wěn)定性效應(yīng)，而這種效應(yīng)是由穩(wěn)定的的Si–O鍵帶來的。Li₂FeSiO₄是一種新型鋰電池正極材料，理論容量332mAh/g，遠超現(xiàn)有商用電池的正極材料。

目前合成Li₂FeSiO₄主要有：固相法、溶膠凝膠法。固相法合成Li2FeSiO4是用亞鐵的鹽和Li₂SiO₃按化學(xué)比例混合在保護氣下高溫?zé)Y(jié)而成，雖然方法簡單，但該方法有著共同的缺點就是合成后的材料晶粒大，分布不均勻。溶膠凝膠法是合成Li₂FeSiO₄是用檸檬酸鐵和硝酸鐵按化學(xué)比例混合在保護氣氛下高溫?zé)Y(jié)形成溶膠，然后再加入一定比例的氫氧化鋰和二氧化硅混合在保護氣氛和水熱條件下加熱保溫得到最后的干凝膠，最后研磨而成。該方法的優(yōu)點在于得到的材料顆粒均勻性良好，但缺點就是工藝復(fù)雜不易控制。

Li₂FeSiO₄導(dǎo)電性能差導(dǎo)致實際容量不佳，主要原因是合成過程中容易產(chǎn)生雜質(zhì)和純相結(jié)構(gòu)中本征反占位缺陷的形成能低，容易產(chǎn)生占據(jù)Li位的反占位缺陷，并阻礙鋰離子遷移。由于本征反占位缺陷的平衡濃度受到溫度控制，低溫合成的Li₂FeSiO₄結(jié)構(gòu)中濃度低，但是大量實驗發(fā)現(xiàn)低溫合成過程中雜質(zhì)相Li₂SiO₃,Fe₃O₄,Fe₂O₃和Fe等非常容易生成，這些雜質(zhì)的存在會造成整體導(dǎo)電性的降低；高溫合成Li₂FeSiO₄能夠避免以上雜質(zhì)的產(chǎn)生，但是得到的Li₂FeSiO₄結(jié)構(gòu)中反占位缺陷濃度又很高，同樣引起導(dǎo)電性降低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種鋰電池正極材料Li₂FeSiO₄及其制備方法，主要目的是解決Li₂FeSiO₄材料導(dǎo)電性差的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本發(fā)明主要提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種鋰電池正極材料Li₂FeSiO₄的制備方法，該方法包括以下步驟：

按化學(xué)計量比，將鋰鹽、鐵鹽及第三種原料混合，得到第一混合物；其中，所述第三種原料為正硅酸乙酯或二氧化硅；

所述第一混合物在空氣中并且溫度為300℃-500℃的條件下預(yù)燒0.5h-10h后，粉碎過篩再混合，得到第二混合物；