一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電極材料，特別涉及一種摻雜稀土N b的、高穩(wěn)定性的電極材料及其制備工藝，屬于電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因其電壓高、容量高、體積小、重量輕、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好，無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)便攜式電子產(chǎn)品。鋰離子電池正極材料主要有無(wú)機(jī)金屬化合物材料、有機(jī)分子材料和聚合物材料三大類(lèi)。其中無(wú)機(jī)金屬化合物材料已經(jīng)由第一代的金屬硫化物，發(fā)展到第二代的金屬氧化物，但是上述兩類(lèi)正極材料各自具有一些難以克服的缺點(diǎn)，如比容量偏低、價(jià)格較高、循環(huán)性能不十分理想以及安全隱患因素比較突出等。近年，報(bào)道了聚陰離子型化合物L(fēng)iFePO4作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LiFeP(k正極材料，它具備原材料來(lái)源廣泛、成本低廉、無(wú)污染、安全性能高、所得材料無(wú)吸濕性等優(yōu)點(diǎn)，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(huì)顯著提高，是比較理想的一種正極材料。但是LiFePO4正極材料的缺點(diǎn)是電子電導(dǎo)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ΙΠΒ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(dǎo)電子和鄰近點(diǎn)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(dú)特的性質(zhì)使稀土金屬在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明在磷酸鐵鋰正極材料制備過(guò)程中，摻雜稀土Nb元素，形成LiFe1-xNbxP04化合物，摻雜的稀土元素不改變?cè)牧系木w結(jié)構(gòu)，只改變其晶格常數(shù)C，由于稀土原子半徑較大，會(huì)使C增加，S卩意味著層間距變大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迀出能力，克服電子電導(dǎo)率比較低的問(wèn)題;另外，稀土的加入，會(huì)使結(jié)晶更完整，顆粒更均勻，具有優(yōu)異的充放電穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種摻雜稀土Nb的高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)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(xué)純的LiAc、NH4H2PO4、FeC2O4.2Η2θ 和Nb，將其按照L1:P:Fe:Nb=l: 1:1_χ:叉(0.01^<0.1)的原子比例混合；
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(jī)上；
⑶開(kāi)動(dòng)行星式球磨機(jī)，球磨一段時(shí)間后，打開(kāi)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(guò)自然晾干；
(5)將晾干的金屬微粉裝入石英玻璃管中，并進(jìn)行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，檢驗(yàn)是否有氣泡冒出，若沒(méi)見(jiàn)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(jìn)行煅燒；
(8)經(jīng)過(guò)煅燒后，取出石英玻璃管，待冷卻后砸碎玻璃管，收集粉末即得一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料。
[0006]優(yōu)先地，在步驟⑵中，球料比為20:1。
[0007]優(yōu)先地，在步驟⑶中，行星式球磨機(jī)速度控制300-400r/min運(yùn)行，球磨的時(shí)間為4~6ho
[0008]優(yōu)先地，在步驟⑵中，高溫煅燒溫度為700-900°C，時(shí)間控制在8-10h。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和特性:
⑴改性后電極材料的電子電導(dǎo)率較好；
⑵制備工藝簡(jiǎn)單，易操作；
(3)流程短，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0010]實(shí)施例一:
取適量化學(xué)純的LiAc、NH4H2P04、FeC2O4.2Η20 和Nb作為原料，按照L1:P:Fe:Nb=l:1:
0.99:0.01的原子比例配料，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10g的鋼球，再倒入丙酮溶液，浸沒(méi)球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨速度設(shè)置300 r/min，球磨6h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(jìn)行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒(méi)有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入700 0C的高溫爐中進(jìn)行煅燒，煅燒1h后，取出石英玻璃管，待冷卻后砸碎玻璃管，收集粉末即得一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料。
[0011]實(shí)施例二:
取適量化學(xué)純的LiAc、NH4H2P04、FeC2O4.2Η20 和Nb作為原料，按照L1:P:Fe:Nb=l:1:
0.95:0.05的原子比例配料，取出1g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(méi)球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨速度設(shè)置400 r/min，球磨4h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(jìn)行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒(méi)有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入800 0C的高溫爐中進(jìn)行煅燒，煅燒9h后，取出石英玻璃管，待冷卻后砸碎玻璃管，收集粉末即得一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料。
[0012]實(shí)施例三:
取適量化學(xué)純的LiAc、NH4H2P04、FeC2O4.2Η20 和Nb作為原料，按照L1:P:Fe:Nb=l:1:
0.9:0.1的原子比例配料，取出1g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(méi)球磨罐后，將罐蓋蓋緊，放入行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨速度設(shè)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(jìn)行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若沒(méi)有氣泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入900 0C的高溫爐中進(jìn)行煅燒，煅燒8h后，取出石英玻璃管，待冷卻后砸碎玻璃管，收集粉末即得一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料，其特征在于，該電極材料的制備方法包括如下步驟: ⑴取適量化學(xué)純的LiAc、NH4H2P04、FeC2O4.2Η20 和Nb，將其按照L1:P:Fe:Nb=l: 1: 1_χ:叉(0.01^<0.1)的原子比例混合； 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(jī)上； ⑶開(kāi)動(dòng)行星式球磨機(jī)，球磨一段時(shí)間后，打開(kāi)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(guò)自然晾干； (5)將晾干的金屬微粉裝入石英玻璃管中，并進(jìn)行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，檢驗(yàn)是否有氣泡冒出，若沒(méi)見(jiàn)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(jìn)行煅燒； (8)經(jīng)過(guò)煅燒后，取出石英玻璃管，待冷卻后砸碎玻璃管，收集粉末即得一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料，其特征在于，在步驟⑵中，球料比為20:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料，其特征在于，在步驟⑶中，行星式球磨機(jī)速度控制300-400 r/min運(yùn)行，球磨的時(shí)間為4-6h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)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(shí)間控制在8-10h。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提公開(kāi)了一種高穩(wěn)定性的稀土-磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料及其制備方法。該制備方法是：在通過(guò)球磨和真空高溫煅燒工藝制備磷酸鐵鋰材料的過(guò)程中，摻雜稀土Nb，形成磷酸鐵鋰復(fù)合化合物，摻雜的Nb原子替代了部分Fe原子，化合物晶格常數(shù)增加，將提高Li+嵌入和遷出能力，提升電子電導(dǎo)率；同時(shí)稀土的加入，使結(jié)晶更完整，顆粒更均勻，具有優(yōu)異的充放電穩(wěn)定性。該制備工藝簡(jiǎn)單，流程短，具有廣泛應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/58
【公開(kāi)號(hào)】CN105609764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510978964
【發(fā)明人】鄭春燕
【申請(qǐng)人】鄭春燕
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日