本發明專利技術涉及一種鋰離子電池用硅酸亞鐵鋰正極材料及其制備方法，特別是一種存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料，屬于鋰離子電池制造技術領域。本發明專利技術提供的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料：Li2-xFeSiO4/C/CNTs，其中0＜x≤0.2，優選0＜x≤0.1。它是以瀝青為碳源，原位合成存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料，具有較高的倍率性能和良好的循環性能。在0.2C、5C下的放電容量分別為148mAhg-1、104mAhg-1；1C下經歷100次的循環后，其放電容量保留為99.2％。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料及其制備方法，特別是一種存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管(Li2_/eSi04/C/CNTs (0 < χ ^ 0. 2) /C)復合正極材料，屬于鋰離子電池制造
技術介紹
隨著人口的日益增加、不可再生能源(石油、煤炭、天然氣等)的逐漸減少，以及人們環保意識的日益增強，迫使人們開發高效、環保、節能型的能源新材料。另外，國家中長期科學和技術發展規劃綱要Ο006-2020年)將高效能源材料技術列為重點發展的前沿技術之一，其中特別強調了高效二次電池材料及關鍵技術。而鋰離子電池作為最新一代蓄電池， 具有比能量高、自放電小、循環壽命長、無記憶效應和對環境污染小等優點，迅速成為市場的主流電池產品。目前，商品化的鋰離子電池已在便攜式電器(如手提電腦、攝像機、移動電器)中得到普遍應用，開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始應用，預計將成為 21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。對鋰離子電池而言，正極材料占據著重要的地位，正極材料的性能和價格等是制約鋰離子電池進一步向高能量、長壽命和低成本發展的瓶頸。因此，開發具有高電壓、高比容量、良好循環性能和高性價比的正極材料是鋰離子電池研究的重要內容。LiJeSiOjt 為一種新型的正極材料，與LiFePO4正極相比，具有原料價格更廉價、與環境的親和性更好， 且LiJeSiO4從分子式量上講可，Imol Li2FeSiO4可以脫離2molLi，這就意味著容量可能會比 LiFePO4 更大。Li2FeSiO4 理論容量是 166mAhg4 (lmol Li2FeSiO4 脫離 ImolLi)，放電平臺為3. IV，首次循環后降為2. 8V，其電化學循環性能很好，循環次數超過120次，容量只損失 3%。但LifeSiO4的電導率不高，導致高倍率性能差，這成為其發展為可實用化高能電池的一道障礙，尤其在動力電池這一全球矚目的領域，鋰離子電池的高倍率工作特性決定其能否商業化應用的關鍵因素之一，因此提高LiJeSiO4W高倍率性能成為目前人們關注的課題之一。目前改善硅酸亞鐵鋰電化學性能的研究主要集中在提高該材料的電子導電性和離子導電性。本專利技術的專利技術人提出了一種以浙青為碳源制備的硅酸亞鐵鋰/碳復合正極材料(中國專利申請201010300470. 1)，利用含芳香結構的浙青在熱處理過程中碳化得到石墨化程度較高的碳，提高了硅酸亞鐵鋰的電子導電性，從而使得制備硅酸亞鐵鋰/碳復合正極材料具有較高的充放電容量、良好的循環性能。另外，本專利技術的專利技術人在此工作基礎上進行改進，又提出了一種硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料(中國專利申請 201010198190. 4)，利用碳納米管的網絡結構，把孤立的硅酸亞鐵鋰/碳顆粒連結起來，從而進一步提高了硅酸亞鐵鋰的電子導電性。由此可鑒，以浙青為碳源進行碳包覆和摻入碳納米管，主要目的是解決硅酸亞鐵鋰的電子導電性差的問題。本專利技術提出了一種新的思路，通過制備存在鋰空位硅酸亞鐵鋰提高硅酸亞鐵鋰的離子導電性，以提高其高倍率條件下的比容量。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提高硅酸亞鐵鋰高倍率條件下的比容量。本專利技術的技術方案本專利技術提供一種存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰正極材料Li2_/eSi04，其中0 < χ彡0. 2，優選0 < χ彡0. 1，更優的是0. 01彡χ彡0. 05。Li2^xFeSiO4的制備方法步驟如下按摩爾比Li Fe Si = (1. 8 2) 1 1，優選(1.9 2) 1 1 的比例鋰鹽、亞鐵鹽和硅源在有機溶劑體系混勻，干燥，得到粉末狀的前軀體，經600 800°C煅燒即得。進一步地，本專利技術提供一種硅酸亞鐵鋰/碳(以下簡稱C)復合正極材料 Li2_xFeSi04/C，其中 0 < χ 彡 0. 2，優選 0 < χ 彡 0. 1，更優的是 0. 01 彡 χ 彡 0. 05。其中所述的碳是由浙青受熱碳化得到。碳在復合正極材料中的重量百分比為 2% 30%。Li2_xFeSi04/C的制備方法步驟如下1)前驅體的制備按摩爾比Li Fe Si = (2-χ) 1 1 (其中 0 < χ 彡 0. 2，優選 0 < χ 彡 0. 1， 更優的是0. 01 < X < 0. 05)的比例將硅酸亞鐵鋰前驅物(鋰鹽、亞鐵鹽和硅源)與浙青在有機溶劑體系混勻，干燥，得到粉末狀的存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體；其中， 浙青的使用量按質量比為硅酸亞鐵鋰前驅體浙青=1 0. 01 0. 3，優選1 0. 04 0. 09。可以采用球磨的方式將硅酸亞鐵鋰的前驅物與浙青在有機溶劑體系混勻；所述的有機溶劑體系選自乙醇、丙酮、丁酮中的一種或幾種混合物。所述的鋰鹽選自醋酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種；所述的亞鐵鹽選自草酸亞鐵、醋酸亞鐵中的至少一種；所述的硅源選自二氧化硅、正硅酸乙酯中的至少一種。2)高溫裂解將上述前驅體在惰性氣氛中于600 800°C高溫熱處理，得目標產物 Li2_xFeSi04/C復合正極材料。所述的惰性氣氛選自氮氣、氬氣中一種或混合氣體。更進一步地，本專利技術提供一種硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管(以下簡稱CNTs) 復合正極材料Li2_xFeSi04/C/CNTs，其中0 < χ彡0. 2，優選0 < χ彡0. 1，更優的是 0. 01 彡 X 彡 0. 05。其中，碳和碳納米管在復合正極材料中的重量百分比為2% 30%，碳納米管與碳的質量比為1 0. 1 10。優選的方案是碳和碳納米管在復合正極材料中的重量百分比為5% 15%，碳納米管與碳的質量比為1 0.2 5。Li2_xFeSi04/C/CNTs的制備方法步驟如下1)存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體的制備按摩爾比Li Fe Si = (2-χ) 1 1 (其中 0 < χ 彡 0. 2，優選 0 < χ 彡 0. 1， 更優的是0. 01 < X < 0. 05)的比例將硅酸亞鐵鋰前驅物(鋰鹽、亞鐵鹽和硅源)與浙青在有機溶劑體系混勻，干燥，得到粉末狀的存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體；其中可以采用球磨的方式將硅酸亞鐵鋰的前驅物與浙青在有機溶劑體系混勻；所述的有機溶劑體系選自乙醇、丙酮、丁酮中的一種或幾種混合物。2)存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體的制備將存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳復合前驅體與碳納米管在有機溶劑體系中超聲混勻，蒸干溶劑，得到粉末狀的存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體；3)高溫裂解將存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合前驅體在惰性氣氛中高溫熱處理，得目標產物存在鋰空位的硅酸亞鐵鋰/碳/碳納米管復合正極材料。上述方案優選的是步驟1)中浙青的使用量按質量比為硅酸亞鐵鋰前驅體浙青=1 0. 01 0. 3，更優選 1 0. 04 0. 09。所述的鋰鹽選自醋酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰中的至少一種；所述的亞鐵鹽選自草酸亞鐵、醋酸亞鐵中的至少一種；所述的硅源選自二氧化硅、正硅酸乙酯中的至少一種。步驟2、中，先將碳本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．鋰離子電池用硅酸亞鐵鋰正極材料，其特征在于其化學組成為：Ｌｉ２－ｘＦｅＳｉＯ４，其中，０＜ｘ≤０．２。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：潘中來，黃小兵，于作龍，
申請(專利權)人：成都中科來方能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：90
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