CN107834025A - 一种复合锂离子电极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合锂离子电极材料。该电极材料的制备方法是：以FeC2O4・2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4、Mn粉和Ce粉作为原料，按照Li1‑xCex Fe1‑yMnyPO4的原子配比准备原料并进行混合，再进行球磨，球磨后混合物先在300℃环境下恒温5小时以上，再在600℃环境下恒温10小时以上，使其反应高温烧结后，自然冷却，收集粉末即得产品。

Description

一种复合锂离子电极材料
技术领域
本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种添加稀土和锰元素的正极材料及其制备方法，属于电池电极材料领域。
背景技术
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。但存在室温电导率低，其大电流充放电性能还有待进一步的改进，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。稀土元素是金属材料的“维生素”,对改善金属材料的性能有特殊的作用。有文献指出，稀土元素Ce能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中，且能够提高LiFePO4的导电率；掺杂锰离子能提高LiFePO4大电流放电性能。本发明通过球磨工艺及高温固相法反应制备一种复合锂离子电池复合正极材料，制备的材料弥补LiFePO4的不足，提高LiFePO4的导电及充放电性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合锂离子电池复合正极材料及其制备工艺。该制备工艺包括如下步骤：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4、金属Mn粉末和金属Ce粉末作为原料，按照Li1-xCe x Fe1-y MnyPO4（0.01≤x≤0.1, 0. 1≤y≤0.3）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小时以上；
⑷继续将上述混合物升高温度至650℃，再恒温12小时以上；
⑸反应完成后随炉冷却，收集粉末即得产品。
优先地，在步骤⑴中，按照Li0.97Ce0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子比例配料。
优先地，在步骤⑵中，球磨过程中用氩气进行保护。
优先地，在步骤⑵中，球磨速度设置200-300 转/分钟。
优先地，在步骤⑵中，球磨时间为10-12小时。
优先地，在步骤⑶中，300℃恒温时间控制在6-7小时。
优先地，在步骤⑷中，650℃恒温时间控制在21-23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；
⑶条件控制简单，易于实现工业化。
实施例一：
以化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4、金属Mn粉末和金属Ce粉末作为原料，按照Li0.97Ce0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子配比配料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12h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650℃，恒温21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 、Li2CO3、NH4H2PO4、金属Mn粉末和金属Ce粉末作为原料，按照Li0.99Ce0.01Fe0.9Mn0.1PO4的原子配比配料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250转/分钟，球磨11h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650℃，恒温22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 、Li2CO3、NH4H2PO4、金属Mn粉末和金属Ce粉末作为原料，按照Li0.9Ce0.1Fe0.7Mn0.3PO4的原子配比配料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300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7小时，然后升高温度至650℃，恒温23小时，最后随炉冷却，收集粉末即得产品。

Claims (7)

1.一种复合锂离子电极材料，其特征在于该电极材料的制备方法按如下步骤进行：
⑴取适量化学纯的FeC2O4・2H2O 、Li2CO3、NH4H2PO4、金属Mn粉末和金属Ce粉末作为原料，按照Li1-xCe x Fe1-y MnyPO4（0.01≤x≤0.1, 0. 1≤y≤0.3）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小时以上；
⑷继续将上述混合物升高温度至650℃，再恒温12小时以上；
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所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑴中，按照Li0.97Ce0.03Fe0.85Mn0.15PO4的原子比例配料。
3.如权利要求1或者2所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑵中，球磨过程中用氩气进行保护。
4.如权利要求1或者2所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑵中，球磨速度设置200-300 转/分钟。
5.如权利要求1或者2所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑵中，球磨时间为10-12小时。
6.如权利要求1或者2所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑶中，300℃恒温时间控制在6-7小时。
7.如权利要求1或者2所述的一种复合锂离子电极材料，其特征在于，在材料制备的步骤⑷中，650℃恒温时间控制在21-23小时。
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