[发明专利]硅酸亚铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种硅酸亚铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

近几年来锂离子电池以其电压平台高、能量密度高、自放电小、循环性能良好和安全性好等优点得到了广泛应用。锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂材料，钴酸锂的价格比较高，且安全性较差，锰酸锂材料循环性能相对较差，三元材料与磷酸铁锂材料的倍率放电能力差，导致功率密度小。

硅酸亚铁锂由于其结构稳定、循环性能好，克容量高，被广泛用作锂离子电池正极材料。目前制备硅酸亚铁锂正极材料常用的方法是固相法，固相法的优点在于成本低，工艺简单，其不足之处在于该方法易混入杂质，制备得到的硅酸亚铁锂材料粒度不均匀，而且晶粒较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅酸亚铁锂正极材料的制备方法，解决了固相法制备得到的硅酸亚铁锂正极材料粒度不均匀的问题。

本发明所采用的技术方案是，硅酸亚铁锂正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，向酸性SiO₂乳液中加入草酸混合均匀后再加入硫酸亚铁与溶剂1的混合溶液，然后洗涤、过滤、干燥，得到铁离子包覆SiO₂壳核材料；

步骤2，向步骤1得到的铁离子包覆SiO₂壳核材料中加入锂源化合物和碳源化合物，最后经过烧结后随炉冷却，研磨，即得到硅酸亚铁锂正极材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中酸性SiO₂乳液是由溶剂2、表面活性剂和硅酸钠混合得到的，向溶剂2中依次加入表面活性剂和硅酸钠并充分搅拌配制成混合溶液，再将混合溶液用3～10%硫酸溶液调节至pH为2～7，得到酸性SiO₂乳液。

表面活性剂和硅酸钠的质量比为0～3：1，硅酸钠和溶剂2的摩尔比为1：10～50，硫酸亚铁和溶剂1的摩尔比为1：30～100，硫酸亚铁、草酸与硅酸钠的摩尔比为1：1：1。

步骤2中锂源化合物和碳源化合物的加入方式有两种，一种是：将锂源化合物和碳源化合物加入到铁离子包覆SiO₂壳核材料的溶液中，然后经过洗涤、过滤和干燥得到硅酸亚铁锂前驱体；另一种是：将锂源化合物和碳源化合物直接加入到铁离子包覆SiO₂壳核材料中，然后经过球磨得到硅酸亚铁锂前驱体。

碳源化合物的加入量为最终得到的硅酸亚铁锂正极材料的1wt%～20wt%，锂源化合物中的锂与硅酸钠的摩尔比为1.95～2.1：1。

步骤2中烧结采用两段烧结或直接烧结，两段烧结是在将硅酸亚铁锂前驱体在保护性气氛下，温度为250～550℃的环境下处理0.5～6小时，然后冷却后与有机酸混合，在转速为100rpm～500rpm的球磨机上以丙酮或乙醇为溶剂湿磨2～12小时后在60℃～120℃下真空干燥，最后再在保护性气氛下，温度为600℃～900℃的环境下处理6～24小时；直接烧结是将硅酸亚铁锂前驱体在保护性气氛下升温至250℃～550℃后保温0.5～6小时，然后继续升温至600℃～900℃后保温6小时～24小时。

保护性气氛为氮气、氩气、CO、CO₂中的一种或两种以上的混合气体。

表面活性剂为P123、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸钠、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、水杨酸、琥珀酸、甘氨酸、乙二胺四乙酸、曲拉通S-100、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三甲基氯化烷、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物；溶剂1和溶剂2均为去离子水、蒸馏水、乙醇、丙酮中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。