合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li₂SiO₃的制備方法

專利名稱：合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li₂SiO₃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成鋰離子電池活性材料正硅酸鹽Li2MSiO4 (M=Fe，Mn, Co, Ni) 的所用重要原料Li2SiO3的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，鋰離子電池是各種移動(dòng)通訊設(shè)備和電動(dòng)汽車等綠色交通工具所用電源體系的研究熱點(diǎn)。而鋰離子電池的性能很大程度上取決于其關(guān)鍵材料的性能，而改良材料性能是一個(gè)長(zhǎng)期而艱難的過程。硅酸鹽Li2MSiO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni)聚陰離子型材料是較磷酸鹽LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co)聚陰離子型材料導(dǎo)電性更好的一類新型鋰離子電池活性材料，此類電極材料價(jià)廉、 安全、環(huán)境友好，并具有高比能量的優(yōu)點(diǎn)。目前，歐洲、美國(guó)和日本已有很多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了研究，此體系已經(jīng)引起了鋰離子蓄電池材料領(lǐng)域研究者極大的興趣，由于其自身優(yōu)異的安全性能、低廉的價(jià)格、較高的比能量，已成為電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池的潛在的正極材料，具有良好的應(yīng)用前景。在對(duì)硅酸鹽聚陰離子型材料Li2MSiO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni)的研究過程中，目前很多研究?jī)?nèi)容集中在對(duì)該類材料的合成和表征方面。在這些研究中，很多合成方法中均用到了 Li2SiO3材料，但目前市場(chǎng)中所銷售的Li2SiO3多為液體，且純度較低，這種純度較低的原料必然對(duì)純相的硅酸鹽聚陰離子型材料Li2MSiO4(M=Fe，Mn, Co, Ni)的制備造成不良影響，或者說根本不可能得到純相的最終產(chǎn)物。這與目前這一研究領(lǐng)域中的目標(biāo)是不相一致的，所以，原料Li2SiO3的純度不僅對(duì)此類材料鋰離子電極材料的研發(fā)過程起到至關(guān)重要的作用，另外，純相的Li2SiO3材料也將在此類大量推廣中具有較好的市場(chǎng)。本發(fā)明在此提供了一種制備純相的Li2SiO3材料的新方法，該方法無(wú)需高溫煅燒， 大幅降低能耗，節(jié)約成本，綠色環(huán)保；此外，該方法操作簡(jiǎn)單、效率高、合成原料易得，所制備的Li2SiO3產(chǎn)物可廣泛的用作新型硅酸鹽電極材料的合成，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備純相的Li2SiO3材料的新方法，該方法無(wú)需高溫煅燒，大幅降低能耗，節(jié)約成本，綠色環(huán)保；此外，該方法操作簡(jiǎn)單、效率高、合成原料易得， 所制備的Li2SiO3產(chǎn)物可廣泛的用作新型硅酸鹽電極材料的合成，具有廣闊的市場(chǎng)前景。本發(fā)明的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2SiO3的制備方法，包括下述步驟將氫氧化鋰、硅酸和分散劑以一定的比例混合后置于不銹鋼球磨罐中球磨，然后將所得到的產(chǎn)物于30-80°C的鼓風(fēng)烘箱中使分散劑揮發(fā)，然后再調(diào)節(jié)溫度至100-200°C繼續(xù)烘干即可得到Li2SiO315所述的Li2SiO3制備過程中，氫氧化鋰和硅酸的摩爾比為2:1。所述的Li2SiO3制備過程中所用的分散劑是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮中的一種或幾種。所述的Li2SiO3制備過程中，分散劑與反應(yīng)原料的重量比為I. 5:1-3:1，所述的反
應(yīng)原料是指氫氧化鋰和硅酸。所述的Li2SiO3制備過程中，在不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨的轉(zhuǎn)速是600-1500 rpm, 球磨時(shí)間是2-48小時(shí)。所述的Li2SiO3制備過程中將所得到的產(chǎn)物于30-80°C的鼓風(fēng)烘箱中1_12小時(shí)使分散劑揮發(fā)完全。所述的Li2SiO3制備過程中將所得到的產(chǎn)物除去分散劑后于100-200 1繼續(xù)烘干 1-48小時(shí)即可得到Li2SiO30所述的Li2SiO3制備過程中不需要任何洗滌過程。所述的Li2SiO3制備過程中不需要任何高溫煅燒過程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于Li2SiO3的制備方法簡(jiǎn)單、易操作，整個(gè)制備過程中無(wú)需任何洗滌過程；該方法無(wú)需高溫煅燒，大幅降低能耗，節(jié)約成本，綠色環(huán)保；所制備的Li2SiO3產(chǎn)物可廣泛的用作新型硅酸鹽電極材料的合成，具有廣闊的市場(chǎng)前景。


圖I所制備的Li2SiO3材料的XRD (X-射線衍射)圖及Li2SiO3樣品的標(biāo)準(zhǔn)衍射卡 (PDF 29-0828)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的Li2SiO3M料可用作新型硅酸鹽Li2MSiO4(M=Fe，Mn, Co, Ni)電極材料的合成，所提供的Li2SiO材料的合成方法是將氫氧化鋰、硅酸和分散劑以一定的比例混合、 球磨和干燥處理而可得到Li2SiO315該制備方法做操簡(jiǎn)單，并且在制備過程當(dāng)中，上述過程中所涉及到的一些參數(shù)可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但并不影響產(chǎn)物的質(zhì)量。實(shí)施例I
將I. 6784g氫氧化鋰、I. 5620g硅酸和7. 845g丙酮以一定的比例混合后置于不銹鋼球磨罐中，以1200rpm的轉(zhuǎn)速球磨7小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于40 °C的鼓風(fēng)烘箱中I小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)6小時(shí)即可得到Li2SiO315該樣品的XRD圖如圖I所示，該樣品的衍射峰較強(qiáng)，并且與Li2SiO3 (PDF 29-0828)的衍射峰具有很好的對(duì)應(yīng)性，表明所制得的材料的純相的Li2SiO3材料。實(shí)施例2
將I. 6785g氫氧化鋰、I. 5623g硅酸和7. 845g丙酮混合后置于不銹鋼球磨罐中，以 1200rpm的轉(zhuǎn)速球磨15小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于40 °C的鼓風(fēng)烘箱中I小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)12小時(shí)即可得到Li2SiO315實(shí)施例3
將I. 6787g氫氧化鋰、I. 5624g硅酸和7. 845g丙酮混合后置于不銹鋼球磨罐中，以 1200rpm的轉(zhuǎn)速球磨7小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于40 °C的鼓風(fēng)烘箱中2小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)15小時(shí)即可得到Li2SiO315實(shí)施例4
將I. 6786g氫氧化鋰、I. 5623g硅酸和7. 845g丙酮混合后置于不銹鋼球磨罐中，以IOOOrpm的轉(zhuǎn)速球磨7小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于40 °C的鼓風(fēng)烘箱中2小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)6小時(shí)即可得到Li2SiO315實(shí)施例5
將1.6786g氫氧化鋰、1.5622g硅酸和7. 845g乙醇混合后置于不銹鋼球磨罐中，以 1200rpm的轉(zhuǎn)速球磨7小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于80 V的鼓風(fēng)烘箱中6小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)6小時(shí)即可得到Li2SiO315實(shí)施例6
將2. 5177g氫氧化鋰、2. 3433g硅酸和7. 845g丙酮混合后置于不銹鋼球磨罐中，以 1200rpm的轉(zhuǎn)速球磨7小時(shí)，將所得到的產(chǎn)物于40 °C的鼓風(fēng)烘箱中4小時(shí)，然后再調(diào)節(jié)溫度至120 °C繼續(xù)烘干數(shù)6小時(shí)即可得到Li2SiO31權(quán)利要求
1.一種合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于包括下述步驟將氫氧化鋰、硅酸和分散劑以一定的比例混合后置于不銹鋼球磨罐中球磨，然后將所得到的產(chǎn)物于30-80°C的鼓風(fēng)烘箱中使分散劑揮發(fā)，然后再調(diào)節(jié)溫度至100-20(TC 繼續(xù)烘干即可得到Li2Si03。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中，氫氧化鋰和硅酸的摩爾比為2:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中所用的分散劑是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、 丙酮中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中，分散劑與反應(yīng)原料的重量比為I. 5:1-3:1， 所述的反應(yīng)原料是指氫氧化鋰和硅酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中，在不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨的轉(zhuǎn)速是600-1500 rpm,球磨時(shí)間是2_48小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中將所得到的產(chǎn)物于30-80 V的鼓風(fēng)烘箱中 1-12小時(shí)使分散劑揮發(fā)完全。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2Si03的制備方法，其特征在于所述的Li2Si03制備過程中將所得到的產(chǎn)物除去分散劑后于100-200°C 繼續(xù)烘干1-48小時(shí)即可得到Li2Si03。
全文摘要
本發(fā)明公開一種合成硅酸鹽基鋰離子電池材料所用原料Li2SiO3的制備方法，該方法是采用氫氧化鋰和硅酸作為原料，在有機(jī)溶劑的輔助下球磨，即可得到Li2SiO3產(chǎn)物。本發(fā)明的方法無(wú)需高溫煅燒，大幅降低能耗，節(jié)約成本，綠色環(huán)保；此外，該方法操作簡(jiǎn)單、效率高、合成原料易得，所制備的Li2SiO3產(chǎn)物可廣泛的用作新型硅酸鹽電極材料的合成，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)C01B33/32GK102583416SQ201210052219
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者蘭夢(mèng), 劉莉, 張建民, 米立偉, 翟建平, 趙娟娟, 陳衛(wèi)華 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)