[发明专利]一种多孔硅酸铁锂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，涉及一种多孔硅酸铁锂、制备方法及其用途。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长和无记忆效应等诸多优点，目前已广泛应用于便携式电子设备，如手机、笔记本电脑和充电宝等。在锂离子电池的结构中，正极材料是制约其性能的关键因素。而当今及未来电动汽车及大规模储能电站等发展的需求更是对锂离子电池正极材料提出了绿色安全、更高性能和更低成本的要求。

在众多正极材料中硅酸铁锂以其理论容量高(脱嵌两个锂的理论容量332mAh/g)、安全、无毒和热稳定性好等诸多优点而备受关注。人们通过颗粒纳米化、阳离子参杂和碳包覆等多种措施使其电子与离子导电性差的缺点正在不断被克服，实验性能得到不断提高。

现有技术中制备硅酸铁锂及其碳包覆复合材料的方法存在着不能满足既使产品具有好的倍率性能和循环性能，又满足制备周期短且成本低的要求的问题。如JinlongYang等人制备的硅酸铁锂虽获得了较好的性能，但其水热反应时间长达7天，这就限制了硅酸铁锂在实际中的应用(Yang,J.L.,etal.(2015).Grapheneactivated3D-hierarchicalflower-likeLi₂FeSiO₄forhigh-performancelithium-ionbatteries.JournalofMaterialsChemistryA3(32):16567-16573.)。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中，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，得到的产物在氩气气氛下用蒸馏水反复洗涤，干燥，得到Li₂FeSiO₄粉体，但是，反应时间太长且所得产品的电化学性能较差，室温下以1/30C倍率电流在2.0-4.2V充放电，可逆容量约为91mAh/g(Dominko,R.,etal.(2006).StructureandelectrochemicalperformanceofLi₂MnSiO₄andLi₂FeSiO₄aspotentialLi-batterycathodematerials.ElectrochemistryCommunications8(2):217-222.)。

本研究所在先申请的专利CN103400981公开了一种水热法制备六角桃核形硅酸铁锂聚集体正极材料的方法，制得的硅酸铁锂聚集体平均粒径为0.8～1.2μm左右，截面呈六角桃核形，每个六角桃核形聚集体都是由更小的纳米颗粒较松散地组成，但是其颗粒间非常密集，几乎没有孔隙，其作为正极制成电池测得的放电比容量比较低，在0.1C时约为80～120mAh/g。

为此，有必要开发出一种高性能硅酸铁锂及硅酸铁锂/碳复合材料的简易制备方法，既使所得材料具有好的倍率性能和循环性能，又可通过短时间、低成本的简单方法实现材料制备。

发明内容

针对现有技术中制备硅酸铁锂及其碳包覆复合材料存在着不能满足既使产品具有好的倍率性能和循环性能，又满足制备周期短且成本低的要求的问题，本发明的目的之一在于提供一种多孔硅酸铁锂的制备方法。该方法制备得到的硅酸铁锂呈多孔结构，比表面积为52.5952m²/g，孔径在1.7～300nm的累加比表面积为33.486m²/g，制得的多孔硅酸铁锂具有如下化学组成：Li₂FeSiO₄。并且，该方法工艺简单，原料价格低廉、制备周期短，成本低，易于工业化实现。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔硅酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅源和锂源溶于去离子水，再将得到的混合水溶液搅拌均匀后超声1～6h，得到透明澄清的混合溶液A；

(2)将有机添加剂与混合溶液A混合，在保护性气氛下搅拌，其中，所述有机添加剂选自聚乙二醇400、聚乙二醇200或聚乙二醇300中的一种或至少两种的组合；

(3)将二价铁源与抗坏血酸溶于去离子水得到混合溶液B，在保护性气氛及搅拌的条件下将混合溶液B加入混合溶液A与有机添加剂的混合溶液中，得到混合溶液C，继续在保护性气氛下搅拌；