【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池正极材料，尤其涉及一种基于铁尾矿的锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池中最关键的组成部分就是锂离子电池的正极材料，且锂离子电池的安全性、可靠性和使用寿命与正极材料的性质有着直接的联系。因此，如何提升锂离子电池安全性成为了当今科研领域的热点之一。
2、正硅酸盐材料li2msio4，其中，m＝fe、mn和co中的任意一种，作为一种锂离子电池聚阴离子型正极材料，由于具有理论比容量高、能量密度大的特点，受到国内外学者的广泛关注。其中，相比于licoo2、limn2o4和lifepo4正极材料，li2fesio4具有优异的热稳定性和安全性，且其制备原料的主要元素为si和fe，而si和fe的储量丰富、价格低廉、无吸湿性且对环境友好，使得li2fesio4能够在可持续水平上用于大型动力储能电池，具有较好的市场应用前景。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术制备的li2fesio4的电导率低，导致其倍率特性较低，如果直接将li2fesio4作为锂离子正极材料难以有效实现对锂离子电池电化学性能的改善的问题。本专利技术提出一种能够提高li2fesio4导电性的同时，降低制备成本的方法，使li2fesio4能够作为锂离子电池正极材料使用。
2、本专利技术的一种基于铁尾矿的锂离子电池正极材料及其制备方法通过以下技术方案实现：
3、本专利技术考虑到现有技术多采用纯原料作为铁源、硅源和锂源制备li2fesio4正极材料，不仅制
4、步骤一，铁尾矿的预处理：以铁尾矿为铁源和硅源，将其于无机酸液中进行酸浸处理，获得混合无机酸液，固液分离，得到滤渣和滤液。
5、需要说明的是，本专利技术为了能够实现将铁尾矿中的铁源和硅源分开，以便于进行后续制备li2fesio4基的锂离子电池正极材料，考虑到硅源在铁尾矿中主要以二氧化硅形式存在，二氧化硅在水和一般无机酸中不溶，而铁尾矿中的铁源可以溶于一般无机酸中，故本专利技术在一些优选的实施例中，采用酸浸处理的方式对铁尾矿进行预处理，以使铁尾矿中的铁源能够溶于无机酸液中，而二氧化硅不溶于无机酸液中，从而可以通过固液分离的方式，获得滤渣和滤液，其中，滤渣为硅源的前驱体，滤液为铁源的前驱液。
6、为了促进无机酸液与铁尾矿的充分接触，在本专利技术一些优选的实施例中，在将铁尾矿浸于无机酸液中之前，先向铁尾矿中浸于水中，以通过水将铁矿尾进行润湿。且为了确保采用的水量能够充分润湿铁尾矿，在本专利技术另一些优选的实施例中，水与铁尾矿的用量比为8ml～12ml:10g。
7、为了确保采用的无机酸液能够充分溶解铁尾矿中的铁源，在本专利技术一些优选的实施例中，由于硫酸亚铁溶解度较低，容易蒸发结晶，因此，采用的无机酸液为硫酸。且为了进一步确保采用的无机酸液用量能够充分溶解铁尾矿中的铁源，在本专利技术一些优选的实施例中，无机酸液中硫酸的质量浓度为40％～50％；无机酸液与铁尾矿的用量比为35ml～50ml:10g。
8、为了进一步确保能够通过酸浸处理将铁尾矿中的铁源充分溶解于无机酸液中，在本专利技术一些优选的实施例中，酸浸处理的温度为95℃～105℃。且为了更进一步确保在该温度范围下的酸浸处理将铁尾矿中的铁源充分溶解于无机酸液中，在本专利技术一些优选的实施例中，酸浸处理的温度为2～3h。
9、步骤二，滤液中铁源的纯化：
10、对滤液进行还原处理，以将滤液中的铁还原为fe2+，获得含fe2+溶液；对含fe2+溶液进行加热处理，以使fe2+与无机酸液提供的阴离子结晶析出，得到含有fe2+的结晶盐。
11、需要说明的是，本专利技术考虑到fe3+的存在容易生成lifesio4，进而降低样品的比容量，故为了避免滤液中还有fe3+或避免fe2+被氧化为fe3+的情况发生，故本专利技术还对滤液进行了还原处理，以确保滤液中的铁均以fe2+的形式存在。
12、为了确保能够通过还原处理使滤液中的铁均以fe2+的形式存在，在本专利技术一些优选的实施例中，通过向滤液中加入还原剂后进行热处理的方式，使还原剂与滤液充分反应，以将滤液中的铁还原为fe2+，获得含fe2+溶液。其中，在本专利技术一些优选的实施例中，采用的还原剂为铁粉或机加工铁屑。如采用铁屑，需要提前对铁屑进行碱洗除油处理。为了确保采用的还原剂能够使滤液中的铁均以fe2+的形式存在，在本专利技术一些优选的实施例中，采用的还原剂与滤液的用量比为3g:35ml～50ml。
13、本专利技术为了便于以上述获得的含fe2+溶液中的fe2+为铁源用于后续制备li2fesio4，故本专利技术还对获得的含fe2+溶液进行了加热处理，以使含fe2+溶液中的fe2+和无机酸液提供的阴离子共同以无机盐的形式结晶析出，获得纯净的fe2+的结晶盐。在本专利技术一些优选的实施例中，当以硫酸作为无机酸液时，含fe2+溶液中主要包括fe2+和硫酸提供的硫酸根离子，在加热处理过程中，fe2+和硫酸提供的硫酸根离子以feso4的形式结晶析出，获得纯净的feso4。
14、为了确保能够通过加热处理使含fe2+溶液中的fe2+和无机酸液提供的阴离子共同以无机盐的形式结晶析出，获得纯净的fe2+的结晶盐，在本专利技术一些优选的实施例中，加热处理的温度为45℃～55℃。在本专利技术一些优选的实施例中，加热处理的时间为1h～3h。
15、步骤三，滤渣中硅源的纯化：将滤渣分散于碱液中，获得悬浮液；将悬浮液进行加热处理，降至室温后过滤，得到液体组分；向液体组分中加入聚乙二醇400混匀，调节溶液ph为2.5～3.5后陈化，过滤后干燥，得到纳米白炭黑。
16、需要说明的是，本专利技术考虑到二氧化硅虽然不溶于一般无机盐中，但是可以溶于碱液中，故在本专利技术一些优选的实施例中，将滤渣分散于碱液中，以使滤渣中的二氧化硅能够溶于碱液中。为了确保采用的碱液能够充分溶解滤渣中的二氧化硅，在本专利技术一些优选的实施例中，碱液为naoh溶液。且为了确保采用的naoh溶液的浓度能够充分且高效的溶解滤渣中的二氧化硅，在本专利技术一些优选的实施例中，naoh溶液由naoh和水按照10g:35ml～45ml的用量比混合制得；且naoh溶液中的naoh与滤渣的用量比为10:3～7。
17、在本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于铁尾矿的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料通过以下步骤制得：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Li2FeSiO4和蔗糖的质量比为1:0.1～4；
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有Fe2+的结晶盐、纳米白炭黑和氢氧化锂的摩尔比为1:1:3～4。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用水热法制备Li2FeSiO4时，水热反应的温度为220℃～260℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸液为硫酸；
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂为铁粉；
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液为NaOH溶液；
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇400与滤渣的质量比为0.3～0.7:5。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备的锂离子电池正极材料。
【技术特征摘要】
1.一种基于铁尾矿的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料通过以下步骤制得：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述li2fesio4和蔗糖的质量比为1:0.1～4；
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有fe2+的结晶盐、纳米白炭黑和氢氧化锂的摩尔比为1:1:3～4。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用水热法制备li2f...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐诘，李思南，刘美岐，黎金津，魏博，林隆，
申请(专利权)人：辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：
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