[發明專利]一種利用香草酸改性制備復合電極微粉材料的方法

在審

• 申請號: 201710848550.2
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107834037A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 張彩緣
• 申請（專利權）人: 張彩緣
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;C01B25/45
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技術領域

本發明涉及一種摻雜香草酸改性鋰離子復合電極微粉材料及其方法，屬于電極材料領域。

背景技術

目前，在鋰離子電池材料中，磷酸鐵鋰(LiFePO₄)為代表的聚陰離子結構磷酸鹽材料，以突出的安全性、超長循環壽命、低成本等特點在鋰離子電子領域受到了廣泛關注。但是由于磷酸鐵鋰(LiFePO₄)具有稍微扭曲的六方密堆積排列結構，在鋰原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO₄四面體，晶體中PO₄限制了 Li⁺的移動空間，使磷酸鐵鋰材料的充放電性能受到影響，因此，LiFePO₄的電子、離子導電率均比較低，尤其在大電流放電的條件下，會有較大的容量損失。

中國發明專利201010300220.8公開了一種磷酸亞鐵鋰鋰離子電池正極材料的制備方法，該方法將粉狀鐵源、鋰源、磷源在螺桿機中擠壓粉碎。用該法不能得到晶型規整的粉體材料，而且工藝復雜，需要長時間高溫煅燒。在磷酸鐵鋰制備過程中添加稀土少量的Pr元素，稀土Pr能夠代替了Li的位置，很好的融入到橄欖石結構中，起到改善磷酸鐵鋰的導電率。但是單單添加Pr稀土元素，對LiFePO₄的導電率性能改善不明顯。

發明內容

本發明在制備LiFePO₄中添加稀土Pr粉和腐植酸進行摻雜，改善磷酸鐵鋰的導電率，具體制備工藝包括如下步驟：

⑴以醋酸鋰（CH₃COOLi·2H₂O，分析純）作為鋰源，以草酸亞鐵（FeC₂O₄?2H₂O，分析純）作為鐵源，磷酸二氫銨（NH₄H₂PO₄，分析純）作為磷酸源，及Pr粉（分析純）、香草酸（分析純）作為摻雜原料。首先按照Li_1-xPr_xFePO₄（0.01≤X≤0.1）的原子比例配料原料，將配好的原料置于瑪瑙研缽中，進行研磨，研磨一段時間，粉體會先變成粥狀，并伴有醋酸味冒出，繼續研磨，當粉體全部變成淡黃色的粉末停止研磨，得前驅體粉末；

⑵將步驟⑴所得到的前驅體粉末，再加入適量的腐植酸，研磨均勻；

⑶在惰性氣體氛圍保護下，將步驟(2)所得的混合物粉末進行熱處理；

⑷所得產物在惰性氣體氛圍保護下自然冷卻至室溫，即得到一種摻雜香草酸的復合電極微粉材料。

所述的電極材料粉體的制備工藝，在步驟⑴中，X的取值范圍優先為0.02-0.03之間，研磨中伴有醋酸味冒出時，優先繼續研磨時間控制在0.6小時。所述的電極材料粉體的制備工藝，在步驟⑵中，所述香草酸添加量為前驅體質量百分比的3-4%。所述的電極材料粉體的制備工藝，在步驟⑶中，所述的熱處理過程是：在氮氣氛圍條件下，先在300-400℃環境恒溫加熱6-9h，然后將溫度升至500-550℃，恒溫10-12h。所述的電極材料粉體的制備工藝，在步驟⑷中，所述的惰性氣體氛圍是在氮氣氛圍下。

通過此方法制備復合電極微粉材料具有如下優點：

⑴工藝簡單，生產成本低；

⑵電極微粉材料導電 性能得到較大改善。

實施例一：

先取0.98份的醋酸鋰（CH₃COOLi·2H₂O，分析純）、1份的草酸亞鐵（FeC₂O₄?2H₂O，分析純）、1份的磷酸二氫銨（NH₄H₂PO₄，分析純）和0.02份的Pr粉（分析純）置于瑪瑙罐中混合研磨，研磨一段時間，黃色粉體變成粥狀，并伴有醋酸味冒出，此時繼續研磨0.6小時，反應物變成淡黃色的粉末，得前驅體粉末。取5g前驅體粉末，并與0.15g香草酸（分析純）混合均勻，在惰性氣體氮氣氛圍保護于300℃的條件下，將所得的混合物粉末進行熱處理6h，再將溫度升高至500℃，恒溫熱處理10h，所得產物在氮氣惰性氣體氛圍保護下自然冷卻至室溫，即得到一種摻雜香草酸的復合電極微粉材料。

實施例二：