CN108615883A - 一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料 - Google Patents

一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Li1‑（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料及其工艺。该电极材料是以FeC2O4・2H2O作为Fe源，以Li2CO3作为Li源，以NH4H2PO4作为PO4源，以Yb、Gd作为掺杂稀土原子。先将原料按一定原子比例配料，再用丙酮溶液清洗，再将原料和一定比例的蔗糖和钢球放入球磨罐中并填满汽油，进行高能球磨，球磨微粉晾干后装入一石英玻璃管中，充满氩气并密封，最后将样品放入高温炉中进行煅烧烧结，烧结处理后即得一种Li1‑（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料。

Description

一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料
技术领域
本发明涉及一种锂离子复合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，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，锂离子电池各方面得到普遍应用，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。
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。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，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。
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Yb和Gd原子，制备一种复合锂离子电池正极材料，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）FeYbxGdyPO4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Yb、Gd粉末作为原料，按照Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4（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，烧结后待冷却，取出管内粉末即得产品。
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700-800℃，时间控制在20-50h。
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Yb、Gd粉末作为原料，按照Li0.9FeYb0.01Gd0.09PO4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700℃高温炉中进行烧结50h，烧结后待冷却，取出管内粉末即得产品。
实施例二：
取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Yb、Gd粉末作为原料，按照Li0.9FeYb0.09Gd0.01PO4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750℃高温炉中进行烧结30h，烧结后待冷却，取出管内粉末即得产品。
实施例三：
取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4和稀土金属Yb、Gd粉末作为原料，按照Li0.9FeYb0.05Gd0.05PO4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，取出管内粉末即得产品。

Claims (5)

1.一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4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Yb、Gd粉末作为原料，按照Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4（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，烧结后待冷却，取出管内粉末即得产品。
2.如权利要求1所示的一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4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所示的一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4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所示的一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4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所示的一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料，其特征在于，在步骤⑹中，烧结温度为700-800℃，时间控制在20-50h。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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