[發明專利]一種硅酸鐵鋰的制備方法

有效

• 申請號: 201810996187.3
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109231224B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 鄭憶依
• 申請（專利權）人: 鄭憶依
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種硅酸鐵鋰的制備方法。將鈦白粉副產物加水溶解，然后過濾，濾液加入納米偏鈦酸，攪拌分散，然后加入尿素，然后升溫至通入空氣反應得到鐵包覆鈦沉淀顆粒，加入氟化氫溶液，然后加入氫氧化鋰和硅酸，攪拌反應后加入蔗糖，進行噴霧干燥，得到干燥料；得到的干燥料放入燒結爐內煅燒，煅燒分為升溫段、保溫段和降溫段，降溫至溫度為50℃以下出料；出料經過氣流破碎，篩分除鐵后進行真空包裝，得到硅酸鐵鋰。本發明通過形成鐵包覆鈦的結構，使得鈦為核心，鐵為外殼的結構，再通過碳的包覆，使得硅酸鐵鋰的電性能大大提高，且通過此工藝制備的硅酸鐵鋰比表面積小，壓實密度高，本工藝成本低，工藝流程短，制備方法簡單。

技術領域

本發明涉及一種硅酸鐵鋰的制備方法，屬于鋰電池正極材料技術領域。

背景技術

目前,商業化的鋰離子電池正極材料主要包括層狀結構，尖晶石結構和聚陰離子結構的無機化合物。根據化學鍵和堆積模型分類，這些結構可以分八面體(鈷酸鋰和層狀三元材料)，四面體(硅酸鹽材料)以及四面體和八面體混雜(磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料)結構。與其他的材料相比，四面體結構材料是一種具有潛力的高容量材料，如Li₂FeSiO₄正極材料理論上可以實現2個Li+脫嵌，比容量高達332mAh/g。

硅酸鐵鋰具有無污染、價格便宜、安全性高的優點，成為很有應用前景的材料，但是其電導率低，且在充放電過程體積變化小，同時由于不同于其他兩種以四面體或者八面體的面或者棱線連接模型，這種高容量材料是由四面體頂點連接的堆積。四面體之間具有弱的連接作用力，在充放電過程中結構容易相變甚至破裂，導致較短的循環壽命。同時其低的電子導電率和鋰離子擴散系數限制了其在商業化鋰離子電池中的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種硅酸鐵鋰的制備方法，通過形成鐵包覆鈦的結構，使得鈦為核心，鐵為外殼的結構，再通過碳的包覆，使得硅酸鐵鋰的電性能大大提高，且通過此工藝制備的硅酸鐵鋰比表面積小，壓實密度高，本工藝成本低，工藝流程短，制備方法簡單。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：

一種硅酸鐵鋰的制備方法，其為以下步驟：

(1)將鈦白粉副產物加水溶解，然后加入助濾劑和活性炭的混合物，攪拌15-30min，然后過濾，濾液加入納米偏鈦酸，然后加入聚乙二醇，攪拌分散30-40min，然后加入尿素，然后升溫至溫度為100-105℃，同時通入空氣反應4-5小時，得到的固體顆粒經過洗滌后，得到鐵包覆鈦沉淀顆粒；

(2)將步驟(1)得到的鐵包覆鈦沉淀顆粒，加入氟化氫溶液，在溫度為65-75℃反應30-45min，然后加入氫氧化鋰和硅酸，在65-75℃繼續攪拌反應15-30min,然后加入蔗糖，混合攪拌溶解后，進行噴霧干燥，得到干燥料；

(3)將步驟(2)得到的干燥料放入燒結爐內煅燒，煅燒分為升溫段、保溫段和降溫段，物料在升溫段停留時間為6-7小時，保溫段的保溫溫度為750-765℃，保溫時間為7-9小時，然后進入降溫段，降溫段采用冷凍水降溫，降溫至溫度為50℃以下出料；

(4)將步驟(3)的出料經過氣流破碎，篩分除鐵后進行真空包裝，得到硅酸鐵鋰。

步驟(1)中加入偏鈦酸使得混合體系中的鐵鈦摩爾比為1:0.02-0.05，加入聚乙二醇使得溶液中的聚乙二醇的濃度為0.1-0.25g/L，通入空氣反應至終點的pH為2.2-2.5。

所述步驟(2)得到的干燥料中鐵、氟、鋰和硅的摩爾比為1:0.01-0.02:1.01-1.02:0.99-0.995，加入蔗糖使得最終得到的硅酸鐵鋰中碳的質量分數為1.2-1.5％，噴霧干燥得到的干燥料粒徑為4-6μm。

步驟(3)中煅燒過程通入惰性氣氛進行保護，升溫段分為5-7個溫區，相鄰的兩個溫區的溫差為110-120℃，升溫段上設置有引風機。