[发明专利]一种用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法。

背景技术

随着各种移动电子设备、混合动力车的迅速发展，对锂离子电池性能的要求也越来越高。其中，锂离子电池正极材料的性能和价格是制约其发展的关键。自1997年首次报道磷酸铁锂可作为锂离子电池正极材料以来，磷酸铁锂以其低成本、无毒和良好的安全性能受到广泛关注。但是，较差的电子导电性却制约其发展。因此，人们进行不断探索，期望发现具有更好导电性的高性能锂离子电池正极材料。而硅酸盐嵌锂化合物（Li₂MSiO₄，M=Fe、Mn、Co、Ni）由于其独特的Si-O键的存在，其电子导电性有可能优于先前发现的磷酸铁锂，而在单电子脱嵌锂时理论比容量与磷酸铁锂相近。因此，受到人们的广泛关注。目前，研究工作主要仍然集中于材料合成方法的探索。更为重要的是，与磷酸铁锂相比，当硅酸铁锂脱嵌两个锂离子时，其理论比容量约为磷酸铁锂的两倍。因此，研究硅酸铁锂的合成具有重要的科学和实际意义。

目前，文献报道的硅酸铁锂的典型制备方法有高温固相法、溶胶凝胶法和水热法等。高温固相法：A.Nyten等人在通过高温固相法以硅酸锂、草酸亚铁和正硅酸乙酯为原料，混合后在CO/CO₂气氛下750℃反应24h高温合成了Li₂FeSiO₄/C复合材料。水热法：R.Dominko等人将二氧化硅经超声辅助均匀分散于氢氧化锂溶液，然后与氯化亚铁溶液混合，在密闭高压釜中150℃恒温反应72h以上，得到的粉末在Ar气氛下用蒸馏水反复洗涤，干燥后得到硅酸铁锂粉体。溶胶凝胶法：R.Dominko等人将柠檬酸铁、硝酸铁的混合物、乙酸锂和二氧化硅粉末为原料，在超声水浴中制备溶胶，经干燥，研磨后于700℃的惰性气氛下反应1小时得到硅酸铁锂。

上述方法中，高温固相合成法得到的材料晶粒与颗粒大，不利于硅酸铁锂电化学性能的充分发挥；而水热法因其反应条件为高压，具有实验上的危险性，且不利于大规模工业化生产。溶胶凝胶法难以在较少碳含量下有效控制其颗粒尺寸，难以对其碳含量、结构进行调制以获得最佳电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法，该方法得到的硅酸铁锂结晶性良好且粒径小。

本发明提供一种用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法，其中，该方法包括：

1）将二氧化硅溶胶与锂源、铁源以及碳源添加剂混合均匀，得到均匀的溶胶，以二氧化硅计，二氧化硅溶胶与Li和Fe的摩尔比为1：1.9-2.1：0.95-1.05；除去所述溶胶中的溶剂得到凝胶；所述碳源添加剂为柠檬酸和葡萄糖，以二氧化硅的摩尔量计，二氧化硅溶胶与柠檬酸和葡萄糖的摩尔比为1：0.2-0.6：0.4-0.8；

2）在惰性气氛下，将得到的凝胶进行烧结。

根据本发明的用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法，得到的硅酸铁锂结晶性良好、粒径小且分布均匀；通过使用该硅酸铁锂作为锂离子电池正极材料得到的电池，循环性能良好。

附图说明

图1是实施实例制备的硅酸铁锂的X射线衍射图谱，其中曲线1为实施例1的XRD图谱，曲线2为实施例2的XRD图谱，曲线3为实施例3的XRD图谱。

图2是实施例1制备的硅酸铁锂的扫描电子显微镜照片。

图3是实施例2制备的硅酸铁锂的扫描电子显微镜照片。

图4是实施例3制备的硅酸铁锂的扫描电子显微镜照片。

图5是分别由实施例1-3制备的硅酸铁锂制备的扣式电池在恒流0.1C下的循环容量性能曲线，其中曲线1为实施例1的容量曲线，曲线2为实施例2的容量曲线，曲线3为实施例3的容量曲线。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种用作锂离子电池正极材料的硅酸铁锂的制备方法，其中，该方法包括：

1）将二氧化硅溶胶与锂源、铁源以及碳源添加剂混合均匀，得到均匀的溶胶，以二氧化硅计，二氧化硅溶胶与Li和Fe的摩尔比为1：1.9-2.1：0.95-1.05；除去所述溶胶中的溶剂得到凝胶；所述碳源添加剂为柠檬酸和葡萄糖，以二氧化硅的摩尔量计，二氧化硅溶胶与柠檬酸和葡萄糖的摩尔比为1：0.2-0.6：0.4-0.8；

2）在惰性气氛下，将得到的凝胶进行烧结。