CN112366304A - 一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料及其制备方法，其特征在于：以纳米晶铁硅合金粉末作为晶核，与络合剂、镍源、钴源、锰源、铝源用共沉淀法制备得锂离子电池前驱体，再将锂离子电池前驱体锻烧、研磨过筛而成，所述纳米晶铁硅合金粉末表面包覆一层正极材料。本发明提高了正极材料的高功率特性和快速充放电能力,而且提高了正极材料的电池容量，同时本发明制备工艺简单易控制,生产成本低。

Description

一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用铁硅合金基正极材料及其制备方法。
背景技术
随着新兴经济的快速发展,全球能源消耗量急剧增长。锂离子电池以其高电压、高能量密度、循环寿命长、安全性能好、无污染等优点成为现有市场上最为广泛使用的替代材料之一。近年来对电池正极材料的研究及改进是当前最为紧急的任务。
铁在地球上是占比最多的元素，自然资源非常丰富，LiFePO4材料具有原材料资源丰富、环境友好、循环寿命长和安全性能优异等优点，但是也存在放电电压低、大电流充放电性能差、低温充放电困难等问题，这限制了LiFePO4材料的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是克服目前商业化铁基材料作为锂离子电池正极材料时放电电压低、大电流充放电性能差、低温充放电困难等缺点，提供一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料及制备方法，要求其提高比容量，快速充放电能力,同时该方法加工成本低、工艺简单易控制、周期短、高效节能。
本发明采用的的技术方案为：一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料以纳米晶铁硅合金粉末作为晶核，纳米晶铁硅合金粉末与络合剂和正极材料用共沉淀法制备得锂离子电池前驱体，再将锂离子电池前驱体锻烧、研磨过筛而成，所述纳米晶铁硅合金粉末表面包覆一层正极材料。
所述锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将纳米晶铁硅合金粉末作为晶核，将合金固体粉末放入反应釜中加入络合剂和正极材料在保护气体作用下用共沉淀法制备得锂离子电池前驱体；
步骤二：将所得的前驱体干燥后，放入管式炉中以1-2℃/min的速率升温至200-900℃并保温1-2小时，冷却至室温，研磨过筛得到锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料。
所述步骤一中纳米晶铁硅合金成分为Fe：85-92.7%；Si：2.3-6.6%；Al：5-10%。
所述正极材料为镍源、钴源、锰源、铝源的一种或多种。
所述步骤一中合金粉末粒径为0.2-44μm。
所述步骤二中管式炉中通入的气氛为空气、氧气。
本发明采用铁合金作为铁源通过共沉淀法制备了一种锂离子电池正极材料,其步骤包括纳米晶铁硅合金粉末的制备、高温烧结等制备复合材料具有较高的初始放电容量和循环稳定性，提高了正极材料的高功率特性。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下优点和效果：
1.本发明材料提高了正极材料的高功率特性和快速充放电能力,而且提高了正极材料的电池容量；
2.本发明制备工艺简单易控制,生产成本低。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例1
纳米晶铁硅合金成分按Fe：90%；Si：5%；Al：5%，配成纳米晶铁硅合金粉末用作晶核，将合金固体粉末放入反应釜中加入络合剂、镍源、钴源、锰源在氮气气氛下用共沉淀法制备FeSi/NCM811锂离子电池前驱体；将所得的粉末用烘箱干燥后，放入管式炉中以1-2℃/min的速率升温至780℃并保温30min，冷却至室温，研磨过300目的筛得到锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料。
实施例2
纳米晶铁硅合金成分按Fe：90%；Si：6.5%；Al：3.5%，配成纳米晶铁硅合金粉末用作晶核，将合金固体粉末放入反应釜中加入络合剂、镍源、钴源、锰源在氮气气氛下用共沉淀法制备FeSi/NCM523锂离子电池前驱体；将所得的粉末用烘箱干燥后，放入管式炉中以1-2℃/min的速率升温至690℃并保温30min，冷却至室温，研磨过300目的筛得到锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料。
实施例3
纳米晶铁硅合金成分按Fe：87%；Si：6.5%；Al：6.5%，配成纳米晶铁硅合金粉末用作晶核，将合金固体粉末放入反应釜中加入络合剂、镍源、钴源、铝源在氮气气氛下用共沉淀法制备FeSi/NCA锂离子电池前驱体；将所得的粉末用烘箱干燥后，放入管式炉中以1-2℃/min的速率升温至730℃并保温30min，冷却至室温，研磨过300目的筛得到锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料。
Figure 769314DEST_PATH_IMAGE002
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料，其特征在于：以纳米晶铁硅合金粉末作为晶核，纳米晶铁硅合金粉末与络合剂和正极材料用共沉淀法制备得锂离子电池前驱体，再将锂离子电池前驱体锻烧、研磨过筛而成，所述纳米晶铁硅合金粉末表面包覆一层正极材料。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将纳米晶铁硅合金粉末作为晶核，将合金固体粉末放入反应釜中加入络合剂和正极材料在保护气体作用下用共沉淀法制备得锂离子电池前驱体；
步骤二：将所得的前驱体干燥后，放入管式炉中以1-2℃/min的速率升温至200-900℃并保温1-2小时，冷却至室温，研磨过筛得到锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中纳米晶铁硅合金成分为Fe：85-92.7%；Si：2.3-6.6%；Al：5-10%。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料为镍源、钴源、锰源、铝源的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中合金粉末粒径为0.2-44μm。
6.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用纳米晶铁硅合金基正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中管式炉中通入的气氛为空气、氧气。
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