CN105428653A - 一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提公开了一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料及制备方法。该电极材料是掺杂La的复合磷酸铁锂电极材料，其制备方法是在磷酸铁锂的过程中，原料与稀土La一起混合通过球磨工艺球磨，再真空高温煅烧，煅烧后即可得该磷酸铁锂复合化合物，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。该制备工艺简单、易操作，流程短、易于实现工业化。

Description

一种掺杂稀土 La 的磷酸铁锂电极材料
技术领域
本发明涉及一种电极材料，特别涉及一种掺杂稀土La的电极材料的及其制备方法，属于电池领域。
背景技术
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。因此，锂离子电池及其相关材料已成为世界各国科研人员的研究热点之一。
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LiFePO4作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LiFePO4正极材料，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LiFePO4正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。
稀土金属又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，稀土金属原子核外电子层中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。
本发明在磷酸铁锂正极材料制备过程中，掺杂稀土La元素，形成LiFe1-xLaxPO4化合物，掺杂的稀土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，使层间距变大，提高Li+嵌入和迁出能力，具有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
本发明的目的是提供一种掺杂稀土La的磷酸铁锂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 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和稀土金属La，将其按照Li：P：Fe：La=1：1：1-x：x（0.01≤X≤0.1）的原子比例混合；
⑵再取一球磨罐，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；
⑸将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封；
⑹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；
⑺再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧；
⑻经过煅烧后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料。
优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1。
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4-6h。
优先地，在步骤⑺中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在8-10h。
本发明具有下列优点和特性：
⑴制备工艺简单，易操作；
⑵流程短，易于实现工业化。
实施例一：
取适量化学纯的LiAc 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和稀土金属La作为原料，按照Li：P：Fe：La=1：1：0.99：0.01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的蔗糖和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℃的高温炉中进行煅烧，煅烧10h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料。
实施例二：
取适量化学纯的LiAc 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和稀土金属La作为原料，按照Li：P：Fe：La=1：1：0.95：0.05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的蔗糖和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℃的高温炉中进行煅烧，煅烧9h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料。
实施例三：
取适量化学纯的LiAc 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和稀土金属La作为原料，按照Li：P：Fe：La=1：1：0.9：0.1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的蔗糖和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℃的高温炉中进行煅烧，煅烧8h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料。

Claims (4)

1.一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料，其特征在于，该电极材料的制备方法包括如下步骤：
⑴取适量化学纯的LiAc 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和稀土金属La，将其按照Li：P：Fe：La=1：1：1-x：x（0.01≤X≤0.1）的原子比例混合；
⑵再取一球磨罐，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；
⑸将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封；
⑹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；
⑺再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧；
⑻经过煅烧后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为20:1。
3.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料，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4-6h。
4.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土La的磷酸铁锂电极材料，其特征在于，在步骤⑺中，高温煅烧温度为700-900℃，时间控制在8-10h。
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