[发明专利]一种掺杂Ce、Co的锂离子正极材料及其制备工艺

说明书

本发明提供一种掺杂Ce、Co的锂离子正极材料及其制备工艺。该锂离子正极材料以Li₂CO₃、FeC₂O₄・2H₂O、NH₄H₂PO₄、Co和Ce为原料，按照Li：Fe：P：Co：Ce=1‑x：1‑y：1：y：x（0.01≤x≤0.1,0.1≤y≤0.9）的原子比例配料，配好样品在添加保护液体情况下，进行湿法球磨，然后进行高温煅烧，煅烧烧结后收集粉末即得产品。制备的电极材料粉末电率高，材料性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种锂离子正材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂稀土Ce元素和Co的LiFePO₄锂离子极正材料及其制备方法，属于电池电极材料领域。

背景技术

在自然界中，锂元素标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料，1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得对环境要求非常高。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等，其中磷酸铁锂材料属于较新的锂离子电池正极材料，其安全性高、成本较低，但存在室温电导率低，放电电压低（3.4V），实际容量只有 114mA·h／g等缺点，都制约了自身的进一步应用，从材料角度来看，LiFePO₄具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为 Pnma。在锂原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO₄四面体，这就限制了锂离子的移动空间，因此它的电导率比其它的层状化合物低。

有文献指出，通过掺杂Co金属，使LiFePO₄晶格中掺杂少量金属Co离子，可以弥补了离子扩散速率低的缺点。文献也指出，稀土元素能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中，且能够改提高LiFePO₄的导电率。

制备磷酸铁锂复合电极材料，主要有高温固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法和喷雾热解法等，其中高温固相法混合均匀程度有限，颗粒大小不均匀，影响材料性能。为了克服上述问题，在磷酸铁锂复合电极材料高温烧结前，将合成原料通过球磨工艺，将其金属颗粒充分粉末化，使在高温固相过程中，金属粒子反应完全。本发明通过球磨工艺、高温固相法掺杂稀土Ce和Co原子，制备一种锂离子正极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂稀土Ce元素和Co的LiFePO₄锂离子极正材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：

⑴取适量化学纯的Li₂CO₃、FeC₂O₄・2H₂O、NH₄H₂PO₄、金属Co和稀土Ce粉末作为原料，按照Li：Fe ：P：Co：Ce= 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将配好的原料混合物一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗；

⑶将清洗后的原料混合物再一起投入球磨罐中，添加适量的钢球和保护液体，进行湿法球磨；

⑷球磨结束后，取出下层金属粉末；

⑸将取出的金属粉末充分晾干；

⑹再将晾干的的粉末进行高温煅烧；

⑺煅烧后，收集粉末即得产品。

优先地，在步骤⑶中，球料比为10-20。