纯相Li2FeSiO4及其碳包覆修饰产物的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，具体纯相Li2FeSiO4及其碳包覆修饰产物的制备方法。本发明专利技术采用简单、易操作的方法成功的制备出纯度较高的Li2FeSiO4及其碳包覆及其掺杂和包覆修饰产物。制备过程中所采用的铁源是三价铁，价格远低于二价铁源，大大降低了生产成本，并且该方法易于控制和操作，并且不同批次所制得的材料的一致性高，适合大规模生产、易做到产品稳定性和一致性的控制。电化学测试结果表明，本发明专利技术提供的Li2FeSiO4及其碳包覆及其掺杂和包覆修饰产物作为锂离子电池材料的比容量高。由此类材料作为锂离子电池材料所组装的电池更绿色环保，生产成本低，且安全性更高，将具有广阔的实用价值和市场前景。

【技术实现步骤摘要】
纯相Li2FeSiO4及其碳包覆修饰产物的制备方法
本专利技术属于化学电源领域，具体涉及一种用作锂离子电池活性材料Li2FeSiO4及其碳包覆修饰产物的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有体积小方便携带且高储能密度的特点，这使其在近些年来在可移动电话、移动办公娱乐设备（如笔记本电脑、数码相机、移动影音播放工具等）及电动汽车领域得到广泛的应用。要开发具有低成本、环境友好并能够具有在电动移动交通设备市场能够广泛应用潜力的锂离子二次电池，相当具有挑战性。近些年来，新型的硅酸盐基聚阴离子锂离子电极材料Li2MSiO4（M=Fe2+,Mn2+及Co2+）引起了广泛的关注。其中，Li2FeSiO4因其安全性高,廉价易得,环境友好和理论放电容量高（两个锂离子完全脱嵌时可达到332mAhg-1）引起了广泛关注。Si的离子半径比P小，使得Si-O键程相对更短，所以理论上来说，自身离子传导率应该高于LiFePO4，并且Li2FeSiO4的晶格结构与LiFePO4相似，在充放电过程中能够保持结构几乎不变，能够确保其循环稳定性。因此，Li2FeSiO4目前被认为是有望成为下一代电动汽车动力电源的关键材料。然而，纯度较高的Li2FeSiO4材料的制备一直是这类材料研究过程中的一个难题，当然也直接影响着这种材料的规模化生产。目前一些常见的用于合成Li2FeSiO4方法所得到产物中通常含有Fe3O4，LiFeO2和Li2SiO3等杂质，这些杂质的存在不仅影响了材料的纯度更降低了材料的比容量等电化学性能。因此，易于操作的用于制备纯度较高的Li2FeSiO4对该类材料具有明显的实用价值。另外，在能够控制Li2FeSiO4的纯度的同时如何使其制备方法易于操作、产品一致性高、原料成本更低也是将使此类电池材料实现产业化和实用化的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种纯相Li2FeSiO4及其碳包覆产物和掺杂和包覆修饰产物的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的纯相Li2FeSiO4的制备方法，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，聚乙二醇和纳米SiO2的摩尔比是100：0.1~100：5，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂，所加入的锂源、铁源与纳米SiO2的摩尔比是2:1:1；所加入的复合添加剂与铁源的摩尔比是1：1~15：1；将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶压成饼状后在惰性或还原性气氛中煅烧，即可得到纯相Li2FeSiO4。所述锂源是醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述的铁源是硝酸铁；所述的复合添加剂是柠檬酸和磷酸二氢铵、硫酸铵、磷酸二氢钠中的一种或几种；所述的饼状混合物的煅烧条件是600-700℃保温4-12h。本专利技术的纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物的制备方法，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂，所加入的锂源、铁源与纳米SiO2的摩尔比是2:1:1；所加入的复合添加剂与铁源的摩尔比是1：1~15：1；将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶与有机物质在液体分散剂的辅助下通过球磨混合均匀，待分散剂去除后，将所得到的混合物压成饼状后在惰性或还原性气氛中煅烧，即可得到纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物。所述锂源是醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述的铁源是硝酸铁；所述的复合添加剂是柠檬酸和磷酸二氢铵、硫酸铵、磷酸二氢钠中的一种或几种；所述干凝胶与有机物质的质量比为95:5~70:30。所述的有机物质是蔗糖、淀粉、各种多元醇的缩合物或有机酸中的一种或几种；所述的液体分散剂是水、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或几种。所述的饼状混合物的煅烧条件是600-700℃保温4-12h。本专利技术的纯相Li2FeSiO4的掺杂和包覆修饰产物的制备方法，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂以及其它掺杂元素，将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶与相应比例的有机物质在液体分散剂的辅助下通过球磨混合均匀，待分散剂去除后，将所得到的混合物压成饼状后在惰性或还原性气氛中煅烧，即可得到纯相Li2FeSiO4的掺杂和包覆修饰产物；所加入的锂源、铁源与纳米SiO2的摩尔比是2:1:1；所加入的复合添加剂与铁源的摩尔比是1~15:1；所加入的其他掺杂元素与铁源的摩尔比是0.01~1:1；干凝胶与有机物质的质量比为95:5~70:30。所述纯相Li2FeSiO4的掺杂和包覆修饰产物指Li2FeSiO4的其它金属M掺杂材料或在Li2FeSiO4及其掺杂产物表面包覆碳或金属M的氧化物、硫化物、磷化物、氟化物和氯化物的材料，所述的其它金属M是Li、Mg、Cr、Al、Co、Ni、Mn、Zn、Cu、La、Ca中的一种或几种。所述的饼状混合物的煅烧条件是600-700℃保温4-12h。所述锂源是醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述的铁源是硝酸铁；所述的复合添加剂是柠檬酸和磷酸二氢铵、硫酸铵、磷酸二氢钠中的一种或几种；所述的其他掺杂元素是Li、Mg、Cr、Al、Co、Ni、Mn、Zn、Cu、La、Ca中的一种或几种；所述的有机物质是蔗糖、淀粉、各种多元醇的缩合物和有机酸中的一种或几种；所述的液体分散剂是水、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或几种；所述的惰性或还原性气氛是氮气、氩气、氢气、一氧化碳、二氧化碳中的一种或几种。本专利技术的优点在于所制得的Li2FeSiO4及其碳包覆及其掺杂和包覆修饰产物杂质少、纯度高，该产物的用作锂离子电池材料时的比容量高、循环稳定性强。所采用的铁源是三价铁，价格远低于二价铁源，大大降低了生产成本。并且该方法易于控制和操作，并且不同批次所制得的材料的一致性高，适合大规模生产、易做到产品稳定性和一致性的控制。另外，该材料是较磷酸盐导电性更好的一类聚阴离子型材料，此类电极材料价廉、安全、环境友好、比能量高的优点。由此类材料作为锂离子电池材料所组装的电池更绿色环保，生产成本低，且安全性更高，将具有广阔的实用价值和市场前景。附图说明图1所制备的掺入2%NH4H2PO4的Li2FeSiO4的XRD（X-射线衍射）图。图2所制备的掺入2%NH4H2PO4的Li2FeSiO4的充放电曲线图。图3所制备的掺入8%NH4H2PO4的Li2FeSiO4的XRD（X-射线衍射）图。图4所制备的掺入8%NH4H2PO4的Li2FeSiO4的充放电曲线图。图5所制备的掺入3%NaH2PO4的Li2FeSiO4的XRD（X-射线衍射）图。图6所制备的掺入3%NaH2PO4的Li2FeSiO4的充放电曲线。图7所制备的掺入3%(NH4)2SO4的Li2FeSiO4的XRD（X-射线衍射）图。图8所制备的掺入3%(NH4)2SO4的Li2FeSiO4的充放电曲线图。图9所制备的掺入3%NH4H2PO4和50%Mn(NO3)2的Li2FeSiO4的XRD（X-射线衍射）图。图10所制备的掺入3%NH4H2PO4和50%Mn(NO3)2的Li2FeSiO4的充放电曲线图。图11所制备的掺入3%NH4H2PO4和3%Ni(NO本文档来自技高网...

【技术保护点】
纯相Li2FeSiO4的制备方法，其特征在于，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，聚乙二醇和纳米SiO2的摩尔比是100：0.1~100：5，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂，所加入的锂源、铁源与纳米SiO2的摩尔比是2:1:1；所加入的复合添加剂与铁源的摩尔比是1：1~15：1；将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶压成饼状后在惰性或还原性气氛中煅烧，即可得到纯相Li2FeSiO4。

【技术特征摘要】
1.一种纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物的制备方法，其特征在于，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂，所加入的锂源、铁源与纳米SiO2的摩尔比是2:1:1；所加入的复合添加剂与铁源的摩尔比是1：1~15：1；将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶与有机物质在液体分散剂的辅助下通过球磨混合均匀，待分散剂去除后，将所得到的混合物压成饼状后在惰性或还原性气氛中煅烧，即可得到纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物。2.根据权利要求1所述的纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物的制备方法，其特征在于：所述锂源是醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述的铁源是硝酸铁；所述的复合添加剂是柠檬酸和磷酸二氢铵、硫酸铵、磷酸二氢钠中的一种或几种；所述干凝胶与有机物质的质量比为95:5~70:30。3.根据权利要求1所述的纯相Li2FeSiO4碳包覆修饰产物的制备方法，其特征在于：所述的有机物质是蔗糖、淀粉、各种多元醇的缩合物或有机酸中的一种或几种；所述的液体分散剂是水、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或几种。4.一种纯相Li2FeSiO4的掺杂和包覆修饰产物的制备方法，其特征在于，首先在聚乙二醇的辅助下将纳米SiO2均匀分散在水中形成水溶液，再依次加入锂源、铁源、复合添加剂以及其它掺杂元素，将所得到的混合液搅拌至形成干凝胶，之后将所得到的干凝胶与相应比例的有机物质在液体分散剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫华，张建民，米立伟，朱丹，刘春太，申长雨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41