[发明专利]硅酸亚铁锂复合材料的制备方法

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复合材料的制备方法。

背景技术

由于硅酸亚铁锂材料与磷酸铁锂材料具有相同的晶格稳定性效应，同时具有较高的克容量，且硅元素无毒、丰富廉价，因此成为一种新型的锂离子电池正极材料。硅酸亚铁锂正极复合材料的制备方法主要有固相法、溶胶凝胶法和水热合成法。固相法的特点是工艺简单，成本较低，但其制备的材料粒度不均匀，晶粒较大，且容易混入杂质。溶胶凝胶法与水热合成法制备的材料粒度较小，性能较好，但其在制备过程中的控制工艺复杂，设备要求高，不利于大规模生产，并且成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅酸亚铁锂复合材料的制备方法，解决了现有制备方法工艺复杂和制备得到的硅酸亚铁锂复合材料粒度不均匀的问题。

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

步骤1，依次将锂源化合物、铁源化合物、硅源化合物和表面活性剂依次溶解于溶剂中，再用有机酸调节pH至2～6，然后进行低温水域反应后水洗、过滤，最后经过喷雾干燥得到前驱体；

步骤2，将步骤1得到的前驱体与碳源化合物混合后球磨、煅烧，冷却后即得到硅酸亚铁锂复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中锂源化合物中锂、铁源化合物中铁和硅源化合物中硅的摩尔比为1.95～2.1：1：1；表面活性剂与锂源化合物的质量比为0～3：1，溶剂与锂源化合物中锂的摩尔比为100～500：1。

步骤1中低温水域反应在反应釜中进行，反应温度为150～200℃，反应时间为1～24h；喷雾干燥在喷雾干燥机中进行，干燥温度为80～220℃。

步骤2中煅烧具体按照以下步骤实施：在惰性气氛中，先在300～500℃保温1～6小时，再在600～900℃保温6～24小时。

步骤2中碳源化合物的质量是最终得到的锂离子电池正极硅酸亚铁锂材料质量的1～20%。

锂源化合物为氢氧化锂、二水醋酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氯化锂、硫酸锂、碘化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、甲酸锂、氟化锂、铬酸锂、四水柠檬酸锂、四氯铝酸锂、溴化锂、四氟硼酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、硅酸锂、磷酸锂、氧化锂、亚硝酸锂、钼酸锂、钒酸锂中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

铁源化合物为硫酸亚铁、碳酸亚铁、九水硝酸铁、氯化亚铁、氯化铁、柠檬酸铁、乳酸亚铁、五羟基合铁、氧化亚铁、醋酸亚铁、碱式碳酸亚铁、乙二胺四乙酸亚铁、硝酸亚铁、二氟化亚铁、磷酸亚铁、碳酸铁中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

硅源化合物为氧化硅、正硅酸乙酯、苯基三氯硅烷、氮化硅、二甲基二氯硅烷、硅橡胶、二乙基二氯硅烷、二氯硅烷、二乙基氯硅烷、氟硅菊酯、氟硅橡胶、氟硅酸铵、硅胶、硅烷交联聚丙烯、甲基苯基硅橡胶、甲基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基硅橡胶、聚硅氧烷、氰硅橡胶、三氯甲硅烷、三乙基氯硅烷、正硅酸四甲酯、硅酸、偏硅酸、四（1-甲基乙基）硅酸酯、六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、三乙基甲硅烷、原硅酸、二硅酸、硅酸甲酯、正硅酸甲酯、四甲氧基硅烷中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

碳源化合物为抗坏血酸、呋喃树脂、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、纤维素、葡萄糖、煤沥青、石油沥青、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉、面粉、地瓜粉、马铃薯粉、玉米粉、芋头粉、大米粉、碳粉、米糠粉、石墨粉、乙炔黑、炭黑、蔗糖、柠檬酸、糠醛树脂、聚对苯、苯萘二元共聚物、苯蒽二元共聚物、苯菲二元共聚物、苯萘三元共聚物、苯萘恩三元共聚物、碳纳米管中的任一种或两种以上任意摩尔比混合物。

有机酸为抗坏血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、甲醛、乙醛、正丁醛、异丁醛、四乙基乙二醇、异丙醇、乙二醇中的一种或两种以上任意摩尔比混合物；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、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一种或两种以上任意摩尔比混合物；溶剂为去离子水、蒸馏水、乙醇、丙酮中的任一种或两种以上任意摩尔比的混合物。

本发明的有益效果是，本发明硅酸亚铁锂复合材料的制备方法，通过将水热法和喷雾干燥相结合，工艺明显改善，制备得到的硅酸亚铁锂纳米复合材料形貌可控，粒度细小均匀，具有较好的充放电性能，循环性能和较高的容量比。

附图说明