[发明专利]采用热等静压方法制备硅酸亚铁锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料制备技术，尤其是涉及一种采用热等静压方法制备硅酸亚铁锂正极材料的方法。

背景技术

作为一种重要的二次电池，锂离子电池以其能量密度大、额定电压高、自放电率低和循环寿命长等优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑及其它便携式设备，并有望成为新一代电动汽车的动力来源。各类电子产品及电动汽车的飞速发展，使高性能锂离子电池的开发显得尤为迫切，而由于比容量远低于负极材料，正极材料就成了制约锂离子电池性能提升的关键因素。

目前研究较多的正极材料主要有过渡金属复合氧化物和聚阴离子化合物两大类，前者包括层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄等；后者则以LiFePO₄为代表。这些正极材料各有特点，如LiCoO₂具有比容量高、电化学性能稳定和易于合成的优点，是商品锂离子电池的主流正极材料，但由于钴的价格较为昂贵，且毒性较大，使其难以大规模应用；LiMn₂O₄在比容量较高和原料廉价的同时，也存在着容量衰减和制备复杂的问题；LiFePO₄在原料成本、循环性能、安全性和绿色环保等方面有着独特的优势，而在能量密度和低温性能方面则有所不足。

在众多聚阴离子化合物中，硅酸亚铁锂（Li₂FeSiO₄）因其资源丰富、安全稳定、环境友好和结构多样等特点引起了人们的关注。与LiFePO₄类似，Li₂FeSiO₄中O与Si以共价键牢固结合，使其具有良好的电化学与化学稳定性；另外，Li₂FeSiO₄在形式上允许两个Li⁺的交换，使之理论比容量大为增加。自Nytén等人于2005年用固相反应获得Li₂FeSiO₄正极材料之后（Electrochem. Commun., 2005, 7, 156-160），世界各国的科研人员相继合成出了一系列Li₂FeSiO₄正极材料。尽管如此，目前对Li₂FeSiO₄正极材料制备方法的研究尚处于探索阶段，传统的固相法需要较高的反应温度，所得产物的晶粒尺寸较大；而溶胶-凝胶和水热/溶剂热等湿化学合成方法则难以实现大规模产业化，且得到的粉体振实密度偏低（电源技术, 2012, 36, 1065）。

发明内容

本发明针对固相法所需温度较高、液相法所得产物振实密度偏低的问题，提供了一种采用热等静压方法制备硅酸亚铁锂正极材料的方法，该方法可降低固相反应温度，并提高产物振实密度，整个制备过程简单易行且低毒少污染。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的采用热等静压方法制备硅酸亚铁锂正极材料的方法，包括下述步骤：

第一步，在器皿中放入液体介质，加入摩尔比2:1:1的锂源、铁源和硅源，搅拌使其成浆状物；

第二步，将第一步得到的浆状物入球磨机研磨混合均匀，干燥后得到前驱物；

第三步，将所得前驱物在压力50~70 MPa条件下保压5~15分钟进行冷等静压处理，得到压实物料；

第四步，将上述压实物料置于不锈钢包套内，450~550℃、100~200MPa条件下保温保压3~4小时，得到粗产物；该步骤中，温度、压力和保温保压时间可根据具体能耗进行调整：如降低温度，可适当提高压力；相应的，当温度升高时，压力可适当降低，此外温度和压力的升高也可缩短保温保压时间；

第五步，将所得粗产物粉碎、洗涤、干燥后即可得到硅酸亚铁锂正极材料成品。

所述液体介质为水或/和乙醇或/和乙二醇或/和丙酮。

所述锂源为氢氧化锂或/和硝酸锂或/和醋酸锂或/和氯化锂或/和碳酸锂。

所述铁源为氯化亚铁或/和醋酸亚铁或/和氢氧化亚铁或/和硝酸亚铁。

所述硅源为二氧化硅或/和正硅酸乙酯。