一種新型稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電極材料，特別涉及一種摻雜稀土的磷酸鐵鋰復合電極材料及其制備方法，屬于電池領域。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因其具有比能量大、自放電小、循環壽命長、重量輕和環境友好等優點而成為便攜式電子產品的理想電源，也是未來電動汽車和混合電動汽車的首選電源。鋰離子電池正極材料主要有無機金屬化合物材料、有機分子材料和聚合物材料三大類。其中無機金屬化合物材料已經由第一代的金屬硫化物，發展到第二代的金屬氧化物，但是上述兩類正極材料各自具有一些難以克服的缺點，如比容量偏低、價格較高、循環性能不十分理想以及安全隱患因素比較突出等。近年，報道了聚陰離子型化合物LiFePOjt為鋰離子電池正極材料具有良好的性能，1997年，Padhit等人提出橄欖石型LiFeP04E極材料，它具備原材料來源廣泛、成本低廉、無污染、安全性能高、所得材料無吸濕性等優點，并且它有較高的比容量(理論比容量為170mAh/g，比能量為550Wh/kg )和較高的工作電壓(3.4V )，隨著溫度的升高，電池的比容量也會顯著提高，是比較理想的一種正極材料。但是LiFeP04E極材料的缺點是電子電導率比較低，材料的大電流放電性能比較差。
[0003]稀土金屬又稱稀土元素，是元素周期表III B族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，稀土金屬在很大程度上不受傳導電子和鄰近點陣的影響，原子核外電子層中4f殼層不滿，具有磁矩，4f殼層“深埋”在原子中，這些獨特的性質使稀土金屬在許多領域具有廣泛的應用。
[0004]本發明在磷酸鐵鋰正極材料制備過程中，摻雜稀土 Pr元素，形成LiFei xPrxP04^合物，摻雜的稀土 Pr元素不改變原材料的晶體結構，只改變其晶格常數C，由于稀土原子半徑較大，會使C增加，即意味著層間距變大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迀出能力，更優異的充放電穩定性；另外，稀土的加入，會使結晶更完整，顆粒更均勻。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料及其制備方法，該制備方法包括如下步驟:
⑴取適量化學純的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Pr，將其按照 Li:P:Fe:Pr=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合；
⑵將配好的原料倒入球磨罐中，并添加適量的蔗糖和鋼球，用丙酮裝滿罐，蓋緊后，放置行星式球磨機上；
⑶開動行星式球磨機，球磨一段時間后，打開球磨罐，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末；
⑷把取出的金屬微粉通過自然晾干；
(5)將晾干的金屬微粉裝入石英玻璃管中，并進行真空密封；
(6)把密封的石英玻璃管投入水中，檢驗是否有氣泡冒出，若沒見氣泡，表明氣密性良好;
(7)再把密封的石英玻璃管放入高溫爐中，進行煅燒；
⑶經過煅燒后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料。
[0006]優先地，在步驟⑵中，球料比為20:1。
[0007]優先地，在步驟⑶中，行星式球磨機速度控制300-400 r/min運行，球磨的時間為5-10ho
[0008]優先地，在步驟(7)中，高溫煅燒溫度為700-900°C，時間控制在8_10h。
[0009]本發明具有下列優點和特性:
⑴改性后電極材料的電子電導率較好；
⑵制備工藝簡單，易操作；
⑶流程短，易于實現工業化。
[0010]實施例一:
取適量化學純的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Pr 作為原料，按照 Lia99FePrQ.Q1P0,原子比例配料，取出5g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加2g的鹿糖和100g的鋼球，再倒入丙酮溶液，浸沒球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機進行球磨，球磨速度設置300 r/min，球磨10h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再將晾干的粉末裝入石英玻璃管中，并進行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入700°C的高溫爐中進行煅燒，煅燒10h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料。
[0011]實施例二:
取適量化學純的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Pr 作為原料，按照 Lia95FePrQ.Q5P0^原子比例配料，取出10g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加5g的鹿糖和400g的鋼球，再倒入丙酮溶液，浸沒球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機進行球磨，球磨速度設置400 r/min，球磨8h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再將晾干的粉末裝入石英玻璃管中，并進行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入800°C的高溫爐中進行煅燒，煅燒9h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料。
[0012]實施例三:
取適量化學純的LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20和Pr作為原料，按照LiQ.9FePra刊4的原子比例配料，取出10g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加5g的鹿糖和400g的鋼球，再倒入丙酮溶液，浸沒球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機進行球磨，球磨速度設置400 r/min，球磨5h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再將晾干的粉末裝入石英玻璃管中，并進行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入900°C的高溫爐中進行煅燒，煅燒8h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料。
【主權項】
1.一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料，其特征在于，該復合電極材料的制備方法包括如下步驟: ⑴取適量化學純的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Pr，將其按照 Li:P:Fe:Pr=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合； ⑵將配好的原料倒入球磨罐中，并添加適量的蔗糖和鋼球，用丙酮裝滿罐，蓋緊后，放置行星式球磨機上； ⑶開動行星式球磨機，球磨一段時間后，打開球磨罐，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末； ⑷把取出的金屬微粉通過自然晾干； (5)將晾干的金屬微粉裝入石英玻璃管中，并進行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，檢驗是否有氣泡冒出，若沒見氣泡，表明氣密性良好; (7)再把密封的石英玻璃管放入高溫爐中，進行煅燒； ⑶經過煅燒后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一種新型稀土 -磷酸鐵鋰復合電極材料。2.根據權利要求1所述的一種新型稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料，其特征在于，在步驟⑵中，球料比為20:1ο3.根據權利要求1所述的一種新型稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料，其特征在于，在步驟⑶中，行星式球磨機速度控制300-400 r/min運行，球磨的時間為5-10h。4.根據權利要求1所述的一種新型稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料，其特征在于，在步驟(7)中，高溫煅燒溫度為700-900°C，時間控制在8-10h。
【專利摘要】本發明提公開了一種新型稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料及其制備方法。該復合電極材料是以金屬Pr摻雜到磷酸鐵鋰材料當中。其制備方法是：在球磨工藝中添加稀土Pr，再一起真空高溫煅燒制備稀土-磷酸鐵鋰復合電極材料，摻雜的稀土元素使磷酸鐵鋰材料的晶格常數增加，提高Li+嵌入和遷出能力，增加材料的充放電穩定性，克服電子電導率低的問題。
【IPC分類】H01M4/139, H01M4/58
【公開號】CN105428652
【申請號】CN201510978263
【發明人】鄭春燕
【申請人】鄭春燕
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月23日