本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物及其制备方法。所述硅酸锂系化合物，化学组成为：LixMySiO4，其中，1.96≤x≤2.04，0.98≤y≤1.02，M是Fe、Mn、Co、Ni中的任意一种或者至少两种的混合物。该硅酸锂系化合物的制备方法为：将铁源、锰源、钴源或镍源中的任意一种或者至少两种的混合物，锂源，硅源及碳源按比例称量并进行球磨，将球磨后的产物压成圆片，在保护性气氛煅烧，粉碎细化后得到硅酸锂系化合物。该硅酸锂系化合物在0.5C倍率时，在1.5～4.8V的充放电范围内，首次放电比容量大于160mAh/g，循环50次后容量保持率大于82%，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物及其制备方法，属于新能源材料制备
，尤其是锂离子电池材料制备
技术介绍
锂离子电池因具有体积小、重量轻、比容量大、寿命长、无记忆效应等突出优点，目前已在便携式电子产品以及动力、储能等大容量电池领域得到了广泛应用，其中，锂离子电池正极材料则是锂离子电池更新换代的关键。目前商业化的锂离子电池正极材料钴酸锂正面临着资源紧缺、价格昂贵、容量低、存在安全隐患、对环境不友好等显著不足，近年来，人们对磷酸铁锂的大量研究和逐步实用化大幅提升了锂离子电池在各个领域的地位。在诸多聚阴离子材料中硅酸盐因具有与磷酸盐相似的化学稳定性，且硅资源丰富和环境友好等优 点而备受青睐，有望成为下一代锂离子电池的正极材料。近年来，人们对硅酸铁锂和硅酸锰锂均进行了探索性研究，如，CN102227022A提供了一种存在锂空位的硅酸亚铁锂/碳/碳纳米管复合正极材料的制备方法，该专利制备的碳包覆硅酸亚铁锂正极材料比容量较低，O. IC倍率下的首次放电比容量仅为122mAh/g;CN102394303A提供了一种锂离子电池正极材料硅酸锰锂的制备方法，该方法直接采用SiOJt原料，用预处理-超声溶解-配胶-凝胶-干燥-预烧-焙烧的工艺制备了硅酸锰锂，但是XRD分析结果显示产物中含有MnO和Li2SiO3杂质；CN 101944594A提供了一种高性能锂离子电池用硅酸亚铁锂正极材料及其制备方法，其主要特征包括采用液相和固相相结合的方法制备硅酸亚铁锂正极材料，并用还原剂促进Fe3+向Fe2+的转化，但是存在Fe3+不能被彻底还原的可能性，从而会影响产物的电化学性能。综上所述，采用上述方法制备的硅酸锂系正极材料大多都存在制备工艺复杂、成本高、比容量低、循环性能不理想、可逆性差等问题。因此，本专利技术充分结合硅酸铁锂、硅酸锰锂、硅酸钴锂、硅酸镍锂各自的优点，不仅克服了硅酸铁锂相对于硅酸锰锂、硅酸钴锂和硅酸镍锂比容量偏低的问题，而且克服了硅酸锰锂由于自身电子电导率低而导致的循环性和可逆性差的缺点，最终提供了一种锂离子电池正极材料硅酸锂系复合化合物的制备方法，通过采用简单的制备工艺，通过选择合适的原材料，结合优化的球磨工艺最终制备出粒径均匀、结晶性良好的硅酸锂系化合物。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种硅酸锂系化合物，其可以用作锂离子电池的正极材料。所述硅酸锂系化合物，其化学组成为LixMySiO4其中，I.96 彡 X 彡 2. 04，O. 98 ^ y ^ I. 02，M 是 Fe、Mn、Co、Ni 中的任意一种或者至少两种的混合物。I. 96 彡 X 彡 2· 04，例如，χ 为 I. 97,1. 98,2. 00,2. 01,2. 02,2. 03。O. 98 ^ y ^ I. 02,例如，χ 为 O. 985、0· 99、0· 995、I. 000、I. 005、I. 01、I. 015、I.018。所述硅酸锂系化合物例如可以为LixFeySiO4, LixMnySiO4, LixCoySiO4, LixNiySiO4,Lii.97peo.015M11Si04j LiL98Pe0.50Mn0.51Si04, Li 1.ggFeg^555Μη0>45S104 Li2.02Ρθ0.50Μη0.49Si04,Li1.97Fe0.Q15Mn0.5Co0.5Si04, Li1.98Fe0.50Mn0.25Ni0.26Si04, Li1.99Ni0.555Co0.45Si04 等,x 和 y 的选择如上所述。为了解决目前硅酸锂系锂离子电池正极材料中硅酸铁锂比容量偏低、硅酸锰锂的循环性和可逆性差等问题，本专利技术的主要目的之二是提供一种采用简单固相制备工艺来制 备锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物的方法，该方法不仅工艺简单，能制备出高纯度、高能量密度的硅酸锂系化合物，而且对于推动硅酸锂系正极材料的研发与产业化进程，促进新能源产业的快速发展具有重要的现实意义。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物的制备方法，所述方法包括如下步骤(I)铁源、锰源、钴源或镍源中的任意一种或者至少两种的混合物，锂源，硅源和碳源按配方称取并进行球磨；(2)将步骤(I)球磨后的产物压成圆片，并在保护性气氛中进行煅烧，得到锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物。优选地，所述方法包括如下步骤(Γ)铁源、锰源、钴源或镍源中的任意一种或者至少两种的混合物，锂源以及硅源按配方称取并进行球磨，然后加入碳源继续球磨；(2’)将步骤(Γ)球磨后的产物压成圆片，并在保护性气氛中进行煅烧，得到硅酸锂系化合物。优选地，所述锂源选自氢氧化锂、氯化锂、碘化锂、溴化锂、硫酸锂、硫酸氢锂、碳酸锂、碳酸氢锂、叔丁基锂、硝酸锂、硅酸锂、草酸锂或醋酸锂中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如氢氧化锂和氯化锂的混合物，碘化锂和溴化锂的混合物，硫酸锂和硫酸氢锂的混合物，碳酸锂和碳酸氢锂的混合物，叔丁基锂和硝酸锂的混合物，硅酸锂和草酸锂的混合物，草酸锂和醋酸锂的混合物，氢氧化锂、氯化锂和碘化锂的混合物，溴化锂、硫酸锂和硫酸氢锂的混合物，碳酸锂、碳酸氢锂和叔丁基锂的混合物，硝酸锂、硅酸锂、草酸锂和醋酸锂的混合物，优选氢氧化锂、碳酸锂、碳酸氢锂、草酸锂、醋酸锂或硅酸锂中的任意一种或者至少两种的混合物，进一步优选氢氧化锂、碳酸锂或硅酸锂中的任意一种或者至少两种的混合物。优选地，所述硅源选自二氧化硅、硅酸、硅烷偶联剂、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如二氧化硅和硅酸的混合物，硅烷偶联剂和正硅酸甲酯的混合物，正硅酸乙酯和二氧化硅的混合物，二氧化硅、硅酸和硅烷偶联剂的混合物，正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸和硅烷偶联剂的混合物，优选二氧化硅或/和正硅酸乙酯。优选地，所述铁源为草酸亚铁或/和醋酸亚铁，优选草酸亚铁。优选地，所述锰源选自二氧化锰、硝酸锰、硫酸锰、碳酸锰、醋酸锰、氯化锰、草酸锰或氢氧化锰中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如二氧化锰和硝酸锰的混合物，硫酸锰和碳酸锰的混合物，醋酸锰和氯化锰的混合物，草酸锰和氢氧化锰的混合物，二氧化锰、碳酸锰和硝酸锰的混合物，醋酸锰、氯化锰、草酸锰和硫酸锰的混合物，优选二氧化锰、硝酸锰、碳酸锰、草酸锰、氢氧化锰或醋酸锰中的任意一种或者至少两种的混合物，进一步优选草酸锰、碳酸锰、氢氧化锰或醋酸锰中的任意一种或者至少两种的混合物。优选地，所述钴源选自硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、氧化钴、氢氧化钴、碳酸钴或氟化钴中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如硝酸钴和氯化钴的混合物，硫酸钴和氧化钴的混合物，氢氧化钴和碳酸钴的混合物，氟化钴和硝酸钴的混合物，硝酸钴、氯化钴和硫酸钴的混合物，氧化钴、氢氧化钴和碳酸钴的混合物，氟化钴、硝酸钴、氯化钴和硫酸钴的混合物，优选硝酸钴、氧化钴、氢氧化钴或碳酸钴中的任意一种或者至少两种的混合 物。优选地，所述镍源选自一氧化镍、氢氧化镍、硫酸镍、氯化镍或硝酸镍中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如一氧化镍和氢氧化镍的混合物，硫酸镍和氯化镍的混合物，氯化镍和硝酸镍的混合物，一氧化镍、氢氧化镍和硫酸镍的混合物，硫酸镍本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料硅酸锂系化合物，其特征在于，所述硅酸锂系化合物，其化学组成为：LixMySiO4其中，1.96≤x≤2.04，0.98≤y≤1.02，M是Fe、Mn、Co、Ni中的任意一种或者至少两种的混合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，徐宇兴，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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