[發(fā)明專利]一種鋰離子正極材料及其制備工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611172569.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN108206266A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李盈富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李盈富
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種鋰離子正極材料及其制備工藝。該正極材料以Li₂CO₃、FeC₂O₄?2H₂O、NH₄H₂PO₄、金屬Co和稀土La粉末為原料，按照Li：Fe：P：Co：La=1?x：1?y：1：y：x（0.01≤x≤0.1,0.1≤y≤0.9）的原子比例配料，配好樣品后用丙酮清洗，清洗后再放入球磨罐中，添加適量的鋼球和保護(hù)液體，進(jìn)行濕法球磨，然后將球磨后的金屬粉末進(jìn)行高溫煅燒，煅燒燒結(jié)后收集粉末即得產(chǎn)品。摻雜Co和La后，制備的電極材料粉末電率高，由于燒結(jié)前經(jīng)過球磨，使得金屬顆粒充分粉末化，材料性能穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子正材料及其制備工藝，特別涉及一種摻雜稀土La元素和Co的LiFePO₄鋰離子極正材料及其制備方法，屬于電池電極材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在自然界中，鋰元素是最輕的金屬，標(biāo)準(zhǔn)電極電位最負(fù)，為-3.045 V，鋰元素的這些特點(diǎn)決定了它是一種具有很高比能量的材料，1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究，由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟脤?duì)環(huán)境要求非常高。后來，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，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。

目前常見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，其中磷酸鐵鋰材料屬于較新的鋰離子電池正極材料，其安全性高、成本較低，但存在室溫電導(dǎo)率低，放電電壓低（3.4V），實(shí)際容量只有 114mA·h／g等缺點(diǎn)，都制約了自身的進(jìn)一步應(yīng)用，從材料角度來看，LiFePO₄具有稍微扭曲的六方密堆積排列結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為 Pnma。在鋰原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO₄四面體，這就限制了鋰離子的移動(dòng)空間，因此它的電導(dǎo)率比其它的層狀化合物低。

有文獻(xiàn)指出，通過摻雜Co金屬，使LiFePO₄晶格中摻雜少量金屬Co離子，可以彌補(bǔ)了離子擴(kuò)散速率低的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)也指出，稀土元素能夠代替了Li的位置，很好的融入到橄欖石結(jié)構(gòu)中，且能夠改提高LiFePO₄的導(dǎo)電率。

制備磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料，主要有高溫固相法、溶膠凝膠法、共沉淀法和噴霧熱解法等，其中高溫固相法混合均勻程度有限，顆粒大小不均勻，影響材料性能。為了克服上述問題，在磷酸鐵鋰復(fù)合電極材料高溫?zé)Y(jié)前，將合成原料通過球磨工藝，將其金屬顆粒充分粉末化，使在高溫固相過程中，金屬粒子反應(yīng)完全。本發(fā)明通過球磨工藝、高溫固相法摻雜稀土La和Co原子，制備一種鋰離子正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種摻雜稀土La元素和Co的LiFePO₄鋰離子極正材料及其制備方法。該制備方法包括如下步驟：

⑴取適量化學(xué)純的Li₂CO₃、FeC₂O₄?2H₂O、NH₄H₂PO₄、金屬Co和稀土La粉末作為原料，按照Li：Fe ：P：Co：La= 1-x：1-y：1：y：x（0.01≤x≤0.1, 0.1≤y≤0.9）的原子比例配料；

⑵將配好的原料混合物一起倒入丙酮溶液中，進(jìn)行浸泡清洗；

⑶將清洗后的原料混合物再一起投入球磨罐中，添加適量的鋼球和保護(hù)液體，進(jìn)行濕法球磨；

⑷球磨結(jié)束后，取出下層金屬粉末；

⑸將取出的金屬粉末充分晾干；

⑹再將晾干的的粉末進(jìn)行高溫煅燒；

⑺煅燒后，收集粉末即得產(chǎn)品。