[发明专利]一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该材料是锂离子电池的一种正极活性物质，属于新能源材料领域。

背景技术

锂离子电池已被广泛应用在电子产品中，按照正极材料的划分，锂离子电池主要集中在过渡金属氧化物，如钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)以及锰酸锂(LiMn₂O₄)。

现有技术中还揭露A_yMPO₄(A为碱金属，M为Fe和Co两者之组合：LiFe_xCo_1-xPO₄)的橄榄石结构的锂离子电池正极材料，以及LiFePO₄中的Li⁺可逆地嵌入和脱出特性。该类化合物都具有橄榄石结构，化学式可归纳为A_yMPO₄，其中A代表碱金属，M代表Fe、Co、Mn、Ti等等。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn₂O₄和层状结构的LiCoO₂相比，LiFePO₄的晶体结构更稳定，原物料来源更广泛，价格更低廉且无环境污染。

虽然LiCoO₂是唯一大规模产业化生产的锂离子电池正极材料，但LiCoO₂价格高，含有战略性元素Co，不但比容量低，而且污染大，安全性能差。LiFePO₄的出现使这些问题迎刃而解。LiFePO₄原材料丰富、结构稳定(O与P以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解)、循环性能优越、理论比容量高、安全性能好、无记忆效应、高温性能较常温更优越、无毒无污染，是一种环境友好型的电池正极材料。

尽管磷酸铁锂有诸多的优点，但是也有一些缺点，如：电导率低，纯磷酸铁锂的电导率只有10^-10～10^-9S/cm，锂离子的扩散速度只有1.8×10^-16m/s，这导致磷酸铁锂离子电池的大倍率放电性能和低温循环性能较差；磷酸铁锂的振实密度小，理论密度仅为3.6g/cm³，这导致磷酸铁锂的能量密度低，磷酸铁锂电池的体积较大；低温性能差，由于磷酸铁锂的电导率本来就低，电化学反应由锂离子的扩散速度决定，而在低温下，锂离子的迁移速率会更慢，这导致磷酸铁锂电池的低温性能比较差。

发明内容

本发明为了解决现有的锂离子电池正极材料中存在的电导率低、大倍率放电性能和低温循环性能较差以及低温性能较差的问题，进而提供一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括：

将锂源、铁源和磷源按一定比例混合，再加入一定量的碳源；

使用离子注入机将杂元素钇掺入到混合粉料中，使用湿法处理所述混合粉料获得湿料，并使所述湿料的pH值和粒径达到一定要求；

将所述湿料烘干，并将烘干的粉料在惰性气体气氛下烧结，再将烧结得到的颗粒料粉碎分级，过筛后得到目标产品。

本发明通过采用湿法与高温烧结的方式，原材料混合均匀，成品匀一性好；在掺杂方式上，使用了具有更易控、更高效的离子注入机的方式，这种方式既节约成本又易于控制；采用一次性分段烧结的方式，制备方法工艺简单，容易控制和操作，适用于工业化生产；将钇元素部分替代铁元素，得到电化学性能更优异的磷酸铁锂材料，改善电导率和大倍率放电性能，同时也提高了电导率和低温性能。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步的详细描述，阐明其特点和创新性，仅在于说明本发明而决不限制本发明。

实施例一

合成分子式为LiFe_0.9985Y_0.001PO₄/C的粉体。

具体制备方法的步骤如下：