一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电极材料，特别涉及一种掺杂稀土的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法，属于电池领域。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、有机分子材料和聚合物材料三大类。其中无机金属化合物材料已经由第一代的金属硫化物，发展到第二代的金属氧化物，但是上述两类正极材料各自具有一些难以克服的缺点，如比容量偏低、价格较高、循环性能不十分理想以及安全隐患因素比较突出等。近年，报道了聚阴离子型化合物LiFePOjt为锂离子电池正极材料具有良好的性能，1997年，Padhit等人提出橄榄石型LiFeP04E极材料，它具备原材料来源广泛、成本低廉、无污染、安全性能高、所得材料无吸湿性等优点，并且它有较高的比容量(理论比容量为170mAh/g，比能量为550Wh/kg )和较高的工作电压(3.4V )，随着温度的升高，电池的比容量也会显著提高，是比较理想的一种正极材料。但是LiFeP04E极材料的缺点是电子电导率比较低，材料的大电流放电性能比较差。
[0003]稀土金属又称稀土元素，是元素周期表III B族中钪、钇、镧系17种元素的总称，稀土金属在很大程度上不受传导电子和邻近点阵的影响，原子核外电子层中4f壳层不满，具有磁矩，4f壳层“深埋”在原子中，这些独特的性质使稀土金属在许多领域具有广泛的应用。
[0004]本发明在磷酸铁锂正极材料制备过程中，掺杂稀土 Pr元素，形成LiFei xPrxP04^合物，掺杂的稀土 Pr元素不改变原材料的晶体结构，只改变其晶格常数C，由于稀土原子半径较大，会使C增加，即意味着层间距变大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迀出能力，更优异的充放电稳定性；另外，稀土的加入，会使结晶更完整，颗粒更均匀。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤:
⑴取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Pr，将其按照 Li:P:Fe:Pr=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合；
⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，用丙酮装满罐，盖紧后，放置行星式球磨机上；
⑶开动行星式球磨机，球磨一段时间后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末；
⑷把取出的金属微粉通过自然晾干；
(5)将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封；
(6)把密封的石英玻璃管投入水中，检验是否有气泡冒出，若没见气泡，表明气密性良好;
(7)再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧；
⑶经过煅烧后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料。
[0006]优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1。
[0007]优先地，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行，球磨的时间为5-10ho
[0008]优先地，在步骤(7)中，高温煅烧温度为700-900°C，时间控制在8_10h。
[0009]本发明具有下列优点和特性:
⑴改性后电极材料的电子电导率较好；
⑵制备工艺简单，易操作；
⑶流程短，易于实现工业化。
[0010]实施例一:
取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Pr 作为原料，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的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置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，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入700°C的高温炉中进行煅烧，煅烧10h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料。
[0011]实施例二:
取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Pr 作为原料，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的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置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，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入800°C的高温炉中进行煅烧，煅烧9h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料。
[0012]实施例三:
取适量化学纯的LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20和Pr作为原料，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的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置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，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入900°C的高温炉中进行煅烧，煅烧8h后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料。
【主权项】
1.一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，该复合电极材料的制备方法包括如下步骤: ⑴取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Pr，将其按照 Li:P:Fe:Pr=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合； ⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，用丙酮装满罐，盖紧后，放置行星式球磨机上； ⑶开动行星式球磨机，球磨一段时间后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末； ⑷把取出的金属微粉通过自然晾干； (5)将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，检验是否有气泡冒出，若没见气泡，表明气密性良好; (7)再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧； ⑶经过煅烧后，取出并砸碎玻璃管，收集粉末即得一种新型稀土 -磷酸铁锂复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为20:1ο3.根据权利要求1所述的一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行，球磨的时间为5-10h。4.根据权利要求1所述的一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤(7)中，高温煅烧温度为700-900°C，时间控制在8-10h。
【专利摘要】本发明提公开了一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法。该复合电极材料是以金属Pr掺杂到磷酸铁锂材料当中。其制备方法是：在球磨工艺中添加稀土Pr，再一起真空高温煅烧制备稀土-磷酸铁锂复合电极材料，掺杂的稀土元素使磷酸铁锂材料的晶格常数增加，提高Li+嵌入和迁出能力，增加材料的充放电稳定性，克服电子电导率低的问题。
【IPC分类】H01M4/139, H01M4/58
【公开号】CN105428652
【申请号】CN201510978263
【发明人】郑春燕
【申请人】郑春燕
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月23日