[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810828504.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN108807988B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建;廖明東;辜其隆;龔勇;彭川;唐成玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：(1)在加入成核助劑的水解液中水解硅源；(2)硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體的制備；(3)在惰性氣氛下，將硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體燒結(jié)、研磨得到鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料。利用本發(fā)明制備的硅酸亞鐵鋰正極材料，具有均勻球形的納米Li₂FeSiO₄顆粒，并且將粒徑控制在200nm左右，電化學(xué)性能好、振實(shí)密度高、粒徑均勻、電導(dǎo)率和能量密度高，從而解決了硅酸亞鐵鋰正極材料本征導(dǎo)電率低和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)低的問題；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，安全環(huán)保，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

由于化石能源的不可再生性和對(duì)環(huán)境的不友好性，尋找新一代的能源替代化石能源迫在眉睫。目前，可供選擇的新能源很多，包括太陽能，風(fēng)能，地?zé)崮艿取Ｏ拗菩履茉吹陌l(fā)展的瓶頸，不在于新能源的開發(fā)，而在于新能源的能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化。鋰離子電池由于本身諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：高能量密度、全高效等，被認(rèn)為是能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化最理想的工具，成為目前新能源行業(yè)的主要研究熱點(diǎn)之一。

鋰離子電池主要包括正極材料、隔膜、電解液、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、負(fù)極材料等幾個(gè)部分組成，由于目前主流的的正極材料的本征電導(dǎo)率和鋰離子的擴(kuò)散速率較低，導(dǎo)致正極材料成為鋰離子電池的發(fā)展的瓶頸。

目前國內(nèi)市場(chǎng)上商用的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元正極材料等。與這幾種正極材料相比，硅酸亞鐵鋰的比容量高、價(jià)格便宜、安全性能好、對(duì)環(huán)境友好和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是目前正極材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)之一。同時(shí)，硅酸亞鐵鋰也有其明顯的缺點(diǎn)，包括離子擴(kuò)散系數(shù)很低、材料本征電導(dǎo)率低等，這就嚴(yán)重限制了其在市場(chǎng)上的應(yīng)用。為了解決這些問題，專利CN104362318A提出了一種制備微孔球結(jié)構(gòu)的硅酸亞鐵鋰/碳復(fù)合正極材料的方法，該方法指出制備微孔球結(jié)構(gòu)的硅酸亞鐵鋰材料作為正極材料應(yīng)用于鋰離子電池中，電化學(xué)性能有了明顯提高。但制備出的球形不均勻，均在微米級(jí)別。這導(dǎo)致材料的振實(shí)密度不高、對(duì)鋰離子的擴(kuò)散路徑縮短也幫助不大，導(dǎo)致鋰離子擴(kuò)散系數(shù)沒有明顯提高。目前，關(guān)于制備球形粒徑均勻，且分散性較好的硅酸亞鐵鋰正極材料的相關(guān)文獻(xiàn)鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法，解決現(xiàn)有硅酸亞鐵鋰材料顆粒不均勻而導(dǎo)致振實(shí)密度低和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將水解成核助劑與水解液于35～50℃下充分?jǐn)嚢杌靹虻玫剿怏w系，再向所述水解體系中加入用無水乙醇稀釋的硅源，恒溫水解2～3h，得到乳白色渾濁液；所述稀釋用無水乙醇與硅源的體積比為1～3：1；

2)將步驟1)得到的乳白色渾濁液轉(zhuǎn)移到球磨罐中，然后向所述的球磨罐中加入鋰源和鐵源得到混合液，將所述混合液進(jìn)行球磨4～6h后，即得到紅褐色濁液，再將所述紅褐色濁液于60～100℃真空干燥得到硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體；

3)將步驟2)得到硅酸亞鐵鋰前驅(qū)體研磨成粉末，在惰性氣氛下，將所述粉末進(jìn)行燒結(jié)，冷卻至室溫，將燒結(jié)后的產(chǎn)物充分研磨成細(xì)小粉末，得到鋰離子電池用球形硅酸亞鐵鋰正極材料。

進(jìn)一步，所述水解液包括乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮，所述硅源、乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1：25～40：15～25：1.2～1.6：1/16000～1/15000。在上述水解液中，乙醇、水和氨水為硅源提供一個(gè)堿性的水解環(huán)境，促進(jìn)硅源的水解；表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮可以有效的阻止水解產(chǎn)物二氧化硅的團(tuán)聚，得到分散性良好的二氧化硅作為硅源。當(dāng)硅源、乙醇、水、氨水和聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1：25～40：15～25：1.2～1.6：1/16000～1/15000時(shí)，水解效果及其水解產(chǎn)物的分散性最佳。