CN107834026A - 一种高导电率的复合电极材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电率的复合电极材料及其制备工艺。该材料是以FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，先按Li1‑ xNdxFe1‑yMnyPO4的原子配比配好一定质量的混合物，然后借助球磨工艺进行机械球磨，球磨后进行高温烧结，烧结粉末即可得复合电极材料微粉。制备的复合电极材料微粉具有高导电率且工艺简单、流程短等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种添加锰元素的高导电率锂离子电极材料及其制备方法，属于电极材料领域。
背景技术
随着资源短缺、石油危机等日益严重，人类使用清洁、高效的其他能源越来越迫切，以电代替石油，降低城市污染，发展电动车是当务之急。锂离子电池以其单体工作电压高、高比能量密度、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应、绿色环保等优点。正极材料使用对锂电池的开发尤为关键，目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等。其中，LiCoO2 结构比较稳定，电化学性能优异，是目前已商品化比较成熟的正极材料，但是这种材料的抗过充电性能差，在较高的充电电压比容量迅速下降；LiFePO4属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，是优秀的正极材料。LiFePO4具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为 Pnma。在锂原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO4四面体，这就限制了锂离子的移动空间，因此它的电导率比其它的层状化合物低。由于磷酸铁锂材料自身的缺点，锂离子在磷酸铁锂材料颗粒内部扩散速率较低，且材料的电子导电性也较差。
发明内容
本发明通过高温固相法反应制备一种复合锂离子电池复合正极材料。稀土Nd具有较好的电磁性能，能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中，提高LiFePO4的导电率。掺杂锰离子能提高LiFePO4大电流放电性能，弥补LiFePO4的不足。一种复合锂离子电池复合正极材料，弥补LiFePO4的不足，提高LiFePO4的导电及充放电性能。具体制备工艺包括如下步骤：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，按照Li1- xNdxFe1-yMnyPO4（0.01≤x≤0.1, 0. 1≤y≤0.2）的原子配比配好原料；
⑵将配好的原料进行初步混合后进行球磨；
⑶在氮气的保护下，将球磨的混合物升高温度至300℃，恒温5-10小时；
⑷继续将上述混合物升高温度至600℃，再恒温10-20小时；
⑸反应完成后随炉冷却，收集粉末即得产品。
优先地，所述的步骤⑴中，按照Li0.97Nd0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子比例配料。
优先地，所述的步骤⑵中，球磨过程中用氩气进行保护。
优先地，所述的步骤⑵中，球磨速度设置200-400 转/分钟，球磨时间为8-10小时。
优先地，所述的步骤⑶中，300℃恒温时间控制在6-8小时。
优先地，所述的步骤⑷中，600℃恒温时间控制在15-20小时。
本发明具有下列优点和特性：
⑴制备的电极材料导电率高，充放电性能好；
⑵制备工艺简单，流程短。
实施例一：
以化学纯的FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，按照Li0.97Nd0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子配比配料，配成5g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量研磨钢球，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，再用抽气机进行抽真空操作，抽至罐内气压低于0.1个大气压后停止操作，然后再往球磨罐充入适量氩气作为保护气体，再将其放入行星式球磨机中进行球磨，球磨转速的速度设置为200转/分钟，球磨8h后，取下球磨罐静置一段时间后，放出球磨罐中气体减压后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉取出，放入一容器中，在氮气的保护条件下进行高温加热至300℃，恒温6小时，然后升高温度至600℃，恒温15小时，最后随炉冷却，收集粉末即得产品。
实施例二：
以化学纯的FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，按照Li0.99Nd0.01Fe0.9Mn0.1PO4的原子配比配料，配成20g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量研磨钢球，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，再用抽气机进行抽真空操作，抽至罐内气压低于0.1个大气压后停止操作，然后再往球磨罐充入适量氩气作为保护气体，再将其放入行星式球磨机中进行球磨，球磨转速的速度设置为300转/分钟，球磨9h后，取下球磨罐静置一段时间后，放出球磨罐中气体减压后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉取出，放入一容器中，在氮气的保护条件下进行高温加热至300℃，恒温7小时，然后升高温度至600℃，恒温18小时，最后随炉冷却，收集粉末即得产品。
实施例三：
以化学纯的FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，按照Li0.9Nd0.1Fe0.8Mn0.2PO4的原子配比配料，配成50g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量研磨钢球，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，再用抽气机进行抽真空操作，抽至罐内气压低于0.1个大气压后停止操作，然后再往球磨罐充入适量氩气作为保护气体，再将其放入行星式球磨机中进行球磨，球磨转速的速度设置为400转/分钟，球磨10h后，取下球磨罐静置一段时间后，放出球磨罐中气体减压后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉取出，再将粉末装入一端封口的石英玻璃管中，往内充满适量氮气，再用高温火焰熔融石英管开口另一端使其密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，然后将其进行高温加热至300℃，恒温8小时，然后升高温度至600℃，恒温20小时，最后随炉冷却，收集粉末即得产品。
Claims (6)
1.一种高导电率的复合电极材料，其特征在于该材料的制备工艺按如下步骤进行：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O、LiOH、NH4H2PO4、Nd粉和Mn粉作为原料，按照Li1-xNdxFe1- yMnyPO4（0.01≤x≤0.1, 0. 1≤y≤0.2）的原子配比配好原料；
⑵将配好的原料进行初步混合后进行球磨；
⑶在氮气的保护下，将球磨的混合物升高温度至300℃，恒温5-10小时；
⑷继续将上述混合物升高温度至600℃，再恒温10-20小时；
⑸反应完成后随炉冷却，收集粉末即得产品。
2.如权利要求1所述的一种高导电率的复合电极材料，其特征在于，步骤⑴中，原子配比按照Li0.97Nd0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子比例配料。
3.如权利要求1或者2所述的一种高导电率的复合电极材料，其特征在于，步骤⑵中，球磨过程中用氩气进行保护。
4.如权利要求1或者2所述的一种高导电率的复合电极材料，其特征在于，步骤⑵中，球磨速度设置200-400 转/分钟，球磨时间为8-10小时。
5.如权利要求1或者2所述的一种高导电率的复合电极材料，其特征在于，所述的步骤⑶中，300℃恒温时间控制在6-8小时。
6.如权利要求1或者2所述的一种高导电率的复合电极材料，其特征在于，所述的步骤⑷中，600℃恒温时间控制在15-20小时。
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