[發(fā)明專利]一種LiFe1-xZrxPO4電極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510972614.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105449206A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄔石根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄔石根
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/58
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/58;H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極材料，特別涉及一種摻雜其他金屬原子的磷酸鐵鋁電極材料及其制備工藝，屬于電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M.S.Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。但是，鋰電池多數(shù)是二次電池，也有一次性電池。少數(shù)的二次電池的壽命和安全性比較差。后來(lái)，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。

在鋰離子電池的組成中，正極材料對(duì)其電化學(xué)性能、安全性能乃至未來(lái)的發(fā)展方向起著決定性作用。目前常見(jiàn)的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰等。其中，LiCoO₂結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，電化學(xué)性能優(yōu)異，是目前已商品化比較成熟的正極材料，但是這種材料的抗過(guò)充電性能差，在較高的充電電壓比容量迅速下降；LiFePO₄屬于較新的正極材料，1997年，Padhit等人提出橄欖石型LiFePO₄正極材料，它具備原材料來(lái)源廣泛、成本低廉、無(wú)污染、安全性能高、所得材料無(wú)吸濕性等優(yōu)點(diǎn)，并且它有較高的比容量(理論比容量為170mAh/g，比能量為550Wh/kg)和較高的工作電壓(3.4V)，隨著溫度的升高，電池的比容量也會(huì)顯著提高，是比較理想的一種正極材料，但是由于自身的晶體結(jié)構(gòu)的缺陷，磷酸鐵鋰具有極低的電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率，阻礙了其在商業(yè)化電池中的應(yīng)用。

為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明在LiFePO₄的制備過(guò)程中，添加ZrO₃，再通過(guò)球磨工藝、高溫固相法使LiFePO₄晶格中添加少量金屬Zr離子，該方法制備的電極材料大大提高了離子的導(dǎo)電速率，彌補(bǔ)了離子擴(kuò)散速率低的缺點(diǎn)，在電極材料中具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種LiFe_1-xZr_xPO₄電極材料及其制備方法。該制備方法包括如下步驟：

⑴取適量的FeC₂O₄?2H₂O、Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄和ZrO₂，將其按照Li：P：Fe：Zr=1：1：1-x：x（0.01≤X≤0.1）的比例混合；

⑵再取一球磨罐，將適量的混合的原料和蔗糖倒入罐中，再投入一定質(zhì)量比例的鋼球，然后用丙酮裝滿罐，將蓋蓋緊后，放置球磨機(jī)上球磨；

⑶球磨結(jié)束后，打開(kāi)球磨罐，倒出上層液體，再取出下層金屬粉末；

⑷將倒出的金屬粉末充分晾干；

⑸再將晾干的的粉末放置一高溫煅燒爐里；

⑹將高溫煅燒爐充滿氬氣后，進(jìn)行煅燒；

⑺將經(jīng)過(guò)煅燒處理的粉末拿出，冷卻即可得一種LiFe_1-xZr_xPO₄電極材料。

優(yōu)先地，在步驟⑴中，F(xiàn)eC₂O₄?2H₂O、Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄和ZrO₂的純度為化學(xué)純。

優(yōu)先地，在步驟⑵中，球料比為20:1，行星式球磨機(jī)速度控制300-400r/min運(yùn)行。

優(yōu)先地，在步驟⑶中，用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨的時(shí)間為4-6h。

優(yōu)先地，在步驟⑹中，高溫煅燒溫度為600-800℃，時(shí)間控制在8-10h。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和特性：

⑴改性后電極材料的電化學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)良；