[发明专利]一种用于锂离子电池的硅硫铁锂电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池的硅硫铁锂电极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、UPS、摄录机、各种便携式电动工具、电子仪表、武器装备等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，被认为是在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

电极材料是锂离子电池的重要组成部分。目前，研究最多的正极材料是LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄。LiCoO₂是唯一大规模商品化的正极材料，研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，毒性较大，存在一定的安全性问题，预计将被高性能低成本的新型材料所取代。LiNiO₂成本较低，容量较高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在较为严重的安全问题。尖晶石LiMn₂O₄成本低，安全性好，但循环性能尤其是高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解性，储存性能差。研究开发新型正极材料成为当前的热点。

聚阴离子化合物是新一代锂离子电池电极材料。其中最有代表性的是LiFePO₄和Li₂MnSiO₄。人们对LiFePO₄已进行了系统全面的研究，材料性能已达实用化水平，已逐步在一些领域，特别是动力电池和储能电池领域得到应用。聚阴离子型硅酸盐(如Li₂MnSiO₄、Li₂FeSiO₄)类材料由瑞典和斯洛文尼亚学者首先提出，我国厦门大学的杨勇教授课题组也进行了卓有成效的研究工作。对Li₂MnSiO₄材料来说，其中的Mn²⁺在充电时可变成Mn⁴⁺，因此理论上每一分子Li₂MnSiO₄可脱出2个Li⁺，理论容量可达LiFePO₄的约两倍，可望成为一种高容量的聚阴离子型化合物正极材料，受到人们高度重视。聚阴离子型正极材料普遍存在的缺点是电子电导率比较低，橄榄石型LiMPO₄正极材料的离子电导率也不高，导致聚阴离子电极材料的大电流放电性能较差，一般需要通过对材料进行碳附着或者掺杂等方法来提高其电导率，使其能够达到实用的水平。

S与O为同族非金属元素，化学性质有一定的相似性，均有稳定的-2价。S与P、Si也可以以共价键结合，形成与PO₄^3-、SiO₄^4-相似的PS₄^3-、SiS₄^4-。与O相比，S的半径大，电负性较低，易发生极化。因此，与磷酸盐和硅酸盐相比，金属磷硫化物和硅硫化物可望具有更开敞的结构，晶体内部的离子迁移性更好，材料具有更高的导电性。这一特性使得该类材料可望具有优良的大电流充放电能力，适用于动力电池。硅酸铁锂(Li₂FeSiO₄)作为锂离子电池电极材料已有不少研究。但迄今为止，硅硫铁锂(Li₂FeSiS₄)电极材料尚未见文献报道。

我们设想用SiS₄^4-离子来取代Li₂FeSiO₄中的SiO₄^4-，设计了新型电极材料硅硫铁锂(Li₂FeSiS₄)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的硅硫铁锂电极材料及其制备方法。

一种用于锂离子电池的硅硫铁锂电极材料，其特征在于，该硅硫铁锂电极材料化学式为Li₂FeSiS₄。