[发明专利]一种硅酸铁锂的制备方法

说明书

本发明公开一种硅酸铁锂的制备方法。将钛白粉副产物加水溶解，然后过滤，滤液加入纳米偏钛酸，搅拌分散，然后加入尿素，然后升温至通入空气反应得到铁包覆钛沉淀颗粒，加入氟化氢溶液，然后加入氢氧化锂和硅酸，搅拌反应后加入蔗糖，进行喷雾干燥，得到干燥料；得到的干燥料放入烧结炉内煅烧，煅烧分为升温段、保温段和降温段，降温至温度为50℃以下出料；出料经过气流破碎，筛分除铁后进行真空包装，得到硅酸铁锂。本发明通过形成铁包覆钛的结构，使得钛为核心，铁为外壳的结构，再通过碳的包覆，使得硅酸铁锂的电性能大大提高，且通过此工艺制备的硅酸铁锂比表面积小，压实密度高，本工艺成本低，工艺流程短，制备方法简单。

技术领域

本发明涉及一种硅酸铁锂的制备方法，属于锂电池正极材料技术领域。

背景技术

目前,商业化的锂离子电池正极材料主要包括层状结构，尖晶石结构和聚阴离子结构的无机化合物。根据化学键和堆积模型分类，这些结构可以分八面体(钴酸锂和层状三元材料)，四面体(硅酸盐材料)以及四面体和八面体混杂(磷酸铁锂和锰酸锂材料)结构。与其他的材料相比，四面体结构材料是一种具有潜力的高容量材料，如Li₂FeSiO₄正极材料理论上可以实现2个Li+脱嵌，比容量高达332mAh/g。

硅酸铁锂具有无污染、价格便宜、安全性高的优点，成为很有应用前景的材料，但是其电导率低，且在充放电过程体积变化小，同时由于不同于其他两种以四面体或者八面体的面或者棱线连接模型，这种高容量材料是由四面体顶点连接的堆积。四面体之间具有弱的连接作用力，在充放电过程中结构容易相变甚至破裂，导致较短的循环寿命。同时其低的电子导电率和锂离子扩散系数限制了其在商业化锂离子电池中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅酸铁锂的制备方法，通过形成铁包覆钛的结构，使得钛为核心，铁为外壳的结构，再通过碳的包覆，使得硅酸铁锂的电性能大大提高，且通过此工艺制备的硅酸铁锂比表面积小，压实密度高，本工艺成本低，工艺流程短，制备方法简单。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种硅酸铁锂的制备方法，其为以下步骤：

(1)将钛白粉副产物加水溶解，然后加入助滤剂和活性炭的混合物，搅拌15-30min，然后过滤，滤液加入纳米偏钛酸，然后加入聚乙二醇，搅拌分散30-40min，然后加入尿素，然后升温至温度为100-105℃，同时通入空气反应4-5小时，得到的固体颗粒经过洗涤后，得到铁包覆钛沉淀颗粒；

(2)将步骤(1)得到的铁包覆钛沉淀颗粒，加入氟化氢溶液，在温度为65-75℃反应30-45min，然后加入氢氧化锂和硅酸，在65-75℃继续搅拌反应15-30min,然后加入蔗糖，混合搅拌溶解后，进行喷雾干燥，得到干燥料；

(3)将步骤(2)得到的干燥料放入烧结炉内煅烧，煅烧分为升温段、保温段和降温段，物料在升温段停留时间为6-7小时，保温段的保温温度为750-765℃，保温时间为7-9小时，然后进入降温段，降温段采用冷冻水降温，降温至温度为50℃以下出料；

(4)将步骤(3)的出料经过气流破碎，筛分除铁后进行真空包装，得到硅酸铁锂。

步骤(1)中加入偏钛酸使得混合体系中的铁钛摩尔比为1:0.02-0.05，加入聚乙二醇使得溶液中的聚乙二醇的浓度为0.1-0.25g/L，通入空气反应至终点的pH为2.2-2.5。

所述步骤(2)得到的干燥料中铁、氟、锂和硅的摩尔比为1:0.01-0.02:1.01-1.02:0.99-0.995，加入蔗糖使得最终得到的硅酸铁锂中碳的质量分数为1.2-1.5％，喷雾干燥得到的干燥料粒径为4-6μm。

步骤(3)中煅烧过程通入惰性气氛进行保护，升温段分为5-7个温区，相邻的两个温区的温差为110-120℃，升温段上设置有引风机。