[发明专利]由钛铁矿制备锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的方法

说明书

本发明提出了一种由钛铁矿制备锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的方法，其特点在于使用自然界中储量丰富的钛铁矿首先经过火法冶金方式进行处理，去磁分离制备出铁源前驱体；然后添加化学计量比硅源和锂源，通过高温固相反应制备出新型锂离子电池正极材料Li₂FeSiO₄，本发明中使用的钛铁矿在自然界中储量丰富，通过处理后得到的铁源，其中含有微量的Ti、Mn、C等元素，微量掺杂的铁源是制备廉价且高性能的掺杂型Li₂FeSiO₄的理想铁源，具有广阔的应用前景和较高的经济价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，涉及一种由钛铁矿制备锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的方法。

背景技术

研究开发的高容量锂离子电池正极材料相对于目前采用的Li-NCM系正极材料具备明显的价格优势和高克容量优势，是以天然的铁钛磁矿或硅铁矿通过固相热裂解法制备复合锂离子正极材料—Li₂FeSiO₄。原材料广泛分布于自然界中，来源丰富，成本低廉。此新型正极材料理论比容量比目前三元正极材料有明显提高，在2个锂离子完全脱嵌情况下，理论容量达到330mAh/g，在只脱嵌1个锂离子的情况下仍然有160mAh/g 的高理论容量。经初步研究，这种材料电镜检测形貌较好，易于分散，是很有潜力的正极材料之一。成功的开发此正极材料将有助于开发大容量、长寿命、低成本、高稳定的锂离子电池，同时能解决快速充电的难题。

目前，国内外研究者对锂电池正极材料研究很多，主要集中在材料晶体结构和分析级纯度物料进行合成。Shin-ichi Nishimura等人（Shin-ichi Nishimura, ShogoHayase, Ryoji Kanno et.al, J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130: 13212-13213报道了Li₂FeSiO₄的结构及其锂离子嵌脱机理，在材料制备方法上主要有固相法、溶胶-凝胶法、水热法等，但制备材料几乎均为分析纯级别物料。目前，利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料的报道较少。中国专利200910310737.2公开了一种综合利用钛铁矿制备钛酸锂和磷酸铁锂前驱体的方法，该方法使用硫酸作为钛铁矿浸出介质，将富铁浸出液氧化后(Fe²⁺变Fe³⁺)，加入含磷酸根的沉淀剂制备出磷酸铁锂的前驱体-磷酸铁。当前没有直接利用钛铁矿物理法-简单化学法处理制备前驱体后，固相法制备硅酸亚铁锂材料的报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种原料来源广、制备效率高、经济环保的、可工业化制备的由钛铁矿制备锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂的方法。

本发明可以通过如下措施达到：

一种由钛铁矿制备锂离子动力电池正极材料硅酸亚铁锂的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、采用球磨机对钛铁矿石进行粉碎，粉碎至颗粒为100nm-10μm，再在氧化剂存在条件下将粉末加热至400-550℃，保温3-5h，得到Fe₂O₃和二氧化硅的混合物，

步骤二、对球磨粉碎并氧化后的混合物采用去磁分选得到铁源前驱体，采用磁选设备，将混合物中弱磁性Fe₂O₃从混合物中分离出来，

步骤三、向铁源前驱体中添加锂源、硅源，达到化学计量比Li: Fe: Si=1: 1: 1，添加占铁源前驱体重量的5-10%碳源做还原剂，进行球磨4-8h，氮气气氛保护下进行烧结，以10℃/min升温至400-450℃，再保温3-5h，再以15℃/min升温至650-750℃进行一次固相合成获得Li-Fe-Si-O化合物，