[發明專利]一種調控硅酸鹽材料微觀形貌的方法

有效

• 申請號: 202010158257.5
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN113371724B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 杜文強;黎軍;陳珍蓮;張志峰;王德宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 田華;張瑩

本申請公開了調控硅酸鹽材料微觀形貌的方法，包括以下步驟：含有過渡金屬源、鋰源和硅源的醇水溶液，經水熱反應，得到所述硅酸鹽材料；通過調節所述含有過渡金屬源、鋰源和硅源的醇水溶液中的鋰源與硅源的摩爾比、醇與水的體積比調控所述硅酸鹽材料的微觀形貌。

技術領域

本發明涉及一種調控硅酸鹽材料微觀形貌的方法，屬于復合材料領域和電化學儲能領域。

背景技術

鋰離子電池因其優異的能量密度，較長的工作時間，環境友好無污染等特點在綠色動力和能源領域被廣泛應用。鋰離子電池正極材料作為電池主要結構因素之一，對電池整體性能有著至關重要的影響。目前廣泛應用的Li(Ni，Co，Mn)O₂、LiFePO₄等正極材料都只能可逆嵌入單個鋰離子，低于4V的電壓平臺也極大制約了材料能量密度的提升。因此，新型多鋰化物鋰離子電池正極材料成為研究者的一大關注點。

2007年，Lyness首先報道了一種利用水熱法合成并采用間苯二酚-甲醛溶液進行碳包覆的方法所制備的Li₂CoSiO₄/C，其在50℃下首圈最高充電容量可達到180mAh/g最高放電容量為30mAh/g。在聚陰離子型正極材料中，Li₂CoSiO₄是擁有較高容量和電壓平臺的正極材料，理論計算表明，Li₂CoSiO₄兩個鋰的可逆脫嵌使得其具有超過300mAh/g的理論容量，第一個和第二個Li的脫嵌電壓大約在4.4V和5V附近，同時，Si-O鍵較P-O鍵具有更強的化學鍵合，這使得其與磷酸鹽相比較，結構更加穩定，安全性能更好，Li₂CoSiO₄的這些特點基本符合高電壓鋰離子電池正極材料的要求。

正極材料的微觀形貌在電池性能等因素上起著至關重要的作用。然而，現階段研究中，硅酸鹽材料的微觀形態和顆粒粒徑方面的調控一直難以取得進展，這極大的制約了硅酸鹽材料的導電性及材料內部鋰離子的擴散，因此，本領域迫切需要開發一種新型微觀形貌調控技術。

發明內容

為克服技術困難，本發明提供了一種簡單、易操作的硅酸鹽材料微觀形貌的調控方法。所述調控硅酸鹽材料微觀形貌的方法，包括以下步驟：

含有過渡金屬源、鋰源和硅源的醇水溶液，經水熱反應，得到所述硅酸鹽材料；

通過調節所述含有過渡金屬源、鋰源和硅源的醇水溶液中的鋰源與硅源的摩爾比、醇與水的體積比調控所述硅酸鹽材料的微觀形貌。

作為一種實施方式，所述調控硅酸鹽材料微觀形貌的方法，包括以下步驟：

含有過渡金屬源分散在醇溶液中，帶過渡金屬充分溶解，向其中加入鋰源與硅源均勻混合的水溶液進行攪拌，將攪拌后得到的凝膠狀產物轉移至水熱反應釜內進行熱處理制備硅酸鹽正極材料，得到所述硅酸鹽材料；

通過調節所述含有過渡金屬源、鋰源和硅源的醇水溶液中的鋰源與硅源的摩爾比、醇與水的體積比調控所述硅酸鹽材料的微觀形貌。

作為一種具體地實施方式，將過渡金屬源分散到乙二醇溶液中，待過渡金屬充分溶解，向其中加入鋰源與硅源均勻混合的水溶液進行攪拌，將攪拌后得到的凝膠狀產物轉移至水熱反應釜內進行熱處理制備硅酸鹽正極材料；通過水溶液中鋰源與硅源的摩爾比以及乙二醇與水溶液的體積比對硅酸鹽正極材料的微觀形貌進行控制。

優選地，所述硅酸鹽材料的形貌包括顆粒狀、片層狀、球狀。

優選地，顆粒狀硅酸鹽材料在微觀下為直徑50～80nm的納米顆粒；片層狀硅酸鹽材料在微觀下為直徑200～500nm厚度50～80nm的納米片層；球狀硅酸鹽材料在微觀下為直徑750～950nm的納米球。