[发明专利]一种锑掺杂锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种锑掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法

背景技术

锂离子电池作为一种新型的化学电源，因其输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、安全、无记忆效应和环境友好已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点。

正极材料是决定锂离子电池性能的关键部分。在更加注重环保与安全理念的今天，磷酸铁锂已经成为各国研究与开发的热点。该材料具有理论比容量高(约170mAh/g)，无毒，原材料来源广泛且储备丰富，工作电压平稳，结构稳定，安全性与热稳定性优异，高温与循环性能好等诸多优点。目前，国内外对其已进行了广泛地研究，但大多集中在高温固相合成上，用该方法很难得到纯度高、粒径均匀、电性能良好的LiFePO4，由于LiFePO4本身电导率较低，大倍率充放电性能差，限制了其商业化进程，因此人们尝试用新的合成方法及改性途径，希望得到理想的LiFePO4材料。

通过掺杂可将电导率提高，高倍率充放电性能也得到改善，在一定程度上抑制了容量衰减的作用。掺杂途径可提高、改善锂离子正极材料性能，已是公认的一种可行的方式。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种锑掺杂锂离子电池正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有良好的导电性能和高倍率充放电性能。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锑掺杂锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备磷酸铁锂前驱体溶液

将磷酸氢二铵、硝酸铁和草酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成1-2mol/L的前驱体溶液；

步骤2，制备锑掺杂前驱体 

将硝酸锑、硝酸钇、聚乙二醇、MOH相互混合，冰水浴中搅拌，保持pH值为11-13之间，形成掺锑的MOH沉淀溶液，其中Sb∶Y的摩尔比为1∶(0.03-0.05)，聚乙二醇的摩尔数为Sb的摩尔数的2-3倍，M为碱金属；

步骤3，制备锑掺杂磷酸铁锂纳米粉体 

将上述掺杂锑的MOH沉淀溶液加入到上述磷酸铁锂前驱体溶液内，其中MOH沉淀中的Sb和磷酸根的摩尔比为0.02-0.1，一边向混合物体系通氮气，一边剧烈搅拌，形成固液混合物；

将固液混合物移入水热反应釜中，釜体内加10-15MPa的初压，然后在200-300℃下反应10-15h，自然冷却后取出，然后经离心洗涤后干燥，在惰性气体保护升温到600-700℃并恒温8-12h，然后自然冷却至室温即得到锑掺杂磷酸铁锂纳米粉体。

其中，所述惰性气体优选为氮气、氩气或其组合，更优选为氮气。

其中，所述MOH优选为氢氧化钠。

其中，所述聚乙二醇分子量优选为400-4000。

本发明还提供了一种上述任意方法制备的锑掺杂锂离子电池正极材料。

本发明制备的锂离子电池用掺锑磷酸铁锂复合材料，采用湿法制备，将锑和稀土元素钇等元素均匀的掺杂在磷酸铁锂中使其改性，使得该掺锑磷酸铁锂复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的能量密度和良好的导电性，使得锂离子电池具有高的比容量以及稳定的循环性能。

具体实施方式

实施例一

制备磷酸铁锂前驱体溶液

将磷酸氢二铵、硝酸铁和草酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成1mol/L的前驱体溶液。

制备锑掺杂前驱体

将硝酸锑、硝酸钇、聚乙二醇、氢氧化钠相互混合，冰水浴中充分搅拌，保持PH值为11-13之间，形成掺锑的氢氧化物沉淀溶液，其中Sb∶Y的摩尔比为1∶0.03，聚乙二醇的摩尔数为Sb的摩尔数的2倍。

制备锑掺杂磷酸铁锂纳米粉体

将上述掺杂锑的氢氧化物沉淀溶液缓慢滴加至上述磷酸铁锂前驱体溶液内，其中滴加的氢氧化物沉淀中的Sb和磷酸根的摩尔比为0.02，一边向混合物体系通氮气，一边剧烈搅拌，形成固液混合物，将固液混合物移入水热反应釜中，将釜体内用高纯氩气吹15min后加10MPa的初压，然后在200℃下反应15h，自然冷却后取出，经离心洗涤后干燥，在惰性气体保护升温到600℃并恒温12h，然后自然冷却至室温即得到锑掺杂磷酸铁锂纳米粉体。 

实施例二

制备磷酸铁锂前驱体溶液

将磷酸氢二铵、硝酸铁和草酸锂按照P∶Fe∶Li摩尔比为1∶1∶1比例配制成2mol/L的前驱体溶液。