CN108615882A - 一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料 - Google Patents

一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Li1‑（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料及制备方法。该复合电极材料是以FeC2O4・2H2O作为Fe源，以Li2CO3作为Li源，以NH4H2PO4作为PO4源，以稀土Ce、Nd作为掺杂元素。首先将原料按一定比例配料，配好样品后用丙酮清洗，清洗后再放入球磨罐中，添加适量蔗糖和一定比例的钢球，填满汽油的情况下进行球磨，再将球磨微粉装入一石英玻璃管中，充满氩气并密封，再进行烧结，烧结结束后即得一种复合电极材料。该制备的电极材料粉末电率高，且条件容易控制，操作简单。

Description

一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料
技术领域
本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种稀土元素的锂离子复合电极材料及其制备方法，属于电池电极材料领域。
背景技术
在自然界中，锂元素是最轻的金属，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料，锂离子电池以其比能量高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，在便携式电器和新型交通工具中得到普遍应用。最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应，放电。
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。从材料角度来看，材料的循环性能因素将制约锂电池的进一步发展，在电池的循环过程中，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。其中常见的磷酸铁锂材料属于较新的锂离子电池正极材料，其安全性高、成本较低，但存在室温电导率低，放电电压低（3.4V），实际容量只有 114mA·h／g等缺点，都制约了自身的进一步应用，因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。
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。有文献指出，稀土元素能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中，且能够改提高LiFePO4的导电率。本发明通过球磨工艺、高温固相法掺杂稀土Ce和Nd原子，制备一种复合锂离子电池正极材料，两种稀土元素复配弥补纯磷酸铁锂电极材料的不足，该方法改性后的电极材料的电化学性能表现优良，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料及其工艺。该制备工艺包括如下步骤：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li1-（x+y）FeCexNdyPO4（0.01≤x+y≤0.1）的原子比例配料；
⑵将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗；
⑶将清洗后的原料混合物再一起投入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨；
⑷球磨一段时间后，把合金微粉取出并晾干；
⑸将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中，并密封；
⑹再把石英玻璃管放入高温炉中，进行烧结；
⑺烧结后待冷却，取出管内粉末即得一种复合离子电极材料。
优先地，在步骤⑶中，蔗糖与原料的添加比例为0.2-0.3，球料比为15-20。
优先地，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制250-350 r/min运行。
优先地，在步骤⑷中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。
优先地，在步骤⑹中，烧结温度为600-800℃，时间控制在20-30h。
本发明具有下列优点和特性：
⑴制备的电极材料粉末电率高，容量大；
⑵重现性好，条件容易控制；
⑶ 流程短，操作简单。
实施例一：
取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li0.9FeCe0.01Nd0.09PO4的原子比例配料5g的原料，将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗，清洗后的原料再一起投入球磨罐中，并添加1.5g蔗糖和100g钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置250 r/min，球磨40h后，把合金微粉取出并晾干，将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中并密封，然后把石英玻璃管放入600℃高温炉中进行烧结30h，烧结后待冷却，取出管内粉末即得一种复合锂离子电极材料。
实施例二：
取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li0.9FeCe0.09Nd0.01PO4的原子比例配料10g的原料，将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗，清洗后的原料再一起投入球磨罐中，并添加3g蔗糖和150g钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置300 r/min，球磨30h后，把合金微粉取出并晾干，将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中并密封，然后把石英玻璃管放入700℃高温炉中进行烧结25h，烧结后待冷却，取出管内粉末即得一种复合锂离子电极材料。
实施例三：
取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li0.9FeCe0.05Nd0.05PO4的原子比例配料20g的原料，将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗，清洗后的原料再一起投入球磨罐中，并添加4g蔗糖和300g钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置350 r/min，球磨20h后，把合金微粉取出并晾干，将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中并密封，然后把石英玻璃管放入800℃高温炉中进行烧结20h，烧结后待冷却，取出管内粉末即得一种复合锂离子电极材料。

Claims (5)

1.一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料，其特征在于该电极材料的制备工艺按如下步骤进行：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li1-（x+y）FeCexNdyPO4（0.01≤x+y≤0.1）的原子比例配料；
⑵将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗；
⑶将清洗后的原料混合物再一起投入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨；
⑷球磨一段时间后，把合金微粉取出并晾干；
⑸将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中，并密封；
⑹再把石英玻璃管放入高温炉中，进行烧结；
⑺烧结后待冷却，取出管内粉末即得一种复合离子电极材料。
2.如权利要求1所示的一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料，其特征在于，在步骤⑶中，蔗糖与原料的添加比例为0.2-0.3，球料比为15-20。
3.如权利要求1所示的一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4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250-350 r/min运行。
4.如权利要求1所示的一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料，其特征在于，在步骤⑷中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。
5.如权利要求1所示的一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料，其特征在于，在步骤⑹中，烧结温度为600-800℃，时间控制在20-30h。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105428652A (zh) * 2015-12-23 2016-03-23 郑春燕 一种新型稀土-磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法
CN105514428A (zh) * 2015-12-23 2016-04-20 邬石根 一种复合电极材料及其制备工艺
CN105609763A (zh) * 2015-12-23 2016-05-25 郑春燕 一种掺杂稀土y的磷酸铁锂电极材料及其制备方法

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