[发明专利]一种LiFePO4/C正极材料改性方法

说明书

【技术领域】

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种LiFePO₄/C正极材料改性方法。

【背景技术】

碳酸铁锂作为锂电池正极材料具有无毒、价格低廉、比容量大、倍率性能及循环性能良好等特点，然而磷酸铁锂晶体颗粒存在晶体缺陷、排列不规整，导致电子导电率较低、锂离子扩散速率受到限制。对磷酸铁锂进行碳包覆可提高其电子电导率，但是碳的添加会降低振实密度。

研究发现，对磷酸铁锂进行碳包覆以提高其电子电导率，同时，进行稀土元素掺杂能够提高锂离子迁移率。现有技术中，对磷酸铁锂进行稀土元素掺杂的方法存在以下缺点：大多采用机械化学法合成，产物不均匀且粒度分布范围宽；高温固相法需要添加导电剂以增强导电性能，造成环境污染和资源浪费。

鉴于此，实有必要提供一种LiFePO₄/C正极材料改性方法以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明提出一种采用铕、钆两种稀土元素进行共掺杂的LiFePO₄/C正极材料改性方法。

本发明提供一种LiFePO₄/C正极材料改性方法，包括以下步骤：

1)将铁源、锂源、磷源及络合剂分散于去离子水中，放置在35-55℃的恒温水浴中搅拌形成分散均匀的混合液A；

2)将一定量的碳源加入到所述混合液A中，搅拌均匀并将pH值控制在8-10，获得混合液B；

3)将铕源、钆源按照Eu：Gd＝1：(0.8-1.5)的摩尔比例分散于去离子水中形成混合液C，把所述混合液C滴加到所述混合液B中，老化反应8-20h之后离心获得离心产物；

4)将所述离心产物洗涤、干燥后获得前驱体；

5)将所述前驱体在700-900℃的温度下煅烧10-12h获得铕钆共掺杂的LiFePO₄/C正极材料。

在一个优选实施方式中，所述铁源、锂源、磷源、铕源及钆源按照Li：P：Fe：M＝(1-x)：1：1：x的比例混合，其中，M代表Eu与Gd，0.01≤x≤0.1。

在一个优选实施方式中，所述铁源为醋酸亚铁、草酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、硝酸铁及氯化铁中的至少一种；所述锂源为硝酸锂、氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂及草酸锂中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵及磷酸二氢铵中的至少一种。

在一个优选实施方式中，所述铕源为铕的硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物及氯化物中的至少一种；所述钆源为钆的硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物及氯化物中的至少一种。

在一个优选实施方式中，所述络合剂为有机酸，优选为柠檬酸或者肉桂酸。

在一个优选实施方式中，所述碳源与所述有机酸的摩尔比例为(0.5-1.5)：1；所述碳源优选为PEG-2000。

在一个优选实施方式中，步骤2)中，采用氨水控制pH值。

在一个优选实施方式中，步骤3)中，所述混合液C滴加到所述混合液B的整个滴加过程时间控制在0.5-1h。

在一个优选实施方式中，步骤4)中，所述离心产物采用去离子水与无水乙醇交替洗涤并洗涤至少两次；所述离心产物洗涤之后在80-110℃的温度下烘干5-7h。

在一个优选实施方式中，步骤5)中，所述前驱体在氩气气氛下煅烧，由室温升至700-900℃的升温速率控制在3-5℃/min。

本发明提供的LiFePO₄/C正极材料改性方法通过铕、钆两种稀土元素进行共掺杂，不改变磷酸铁锂的晶体结构，使晶格常数增加、层间距变大，从而提高锂离子迁移率，改性后的LiFePO₄/C正极材料的充放电稳定能及循环性能得到了改善。该方法工艺过程简单、易控制并且适合工业化生产。

【附图说明】

图1为本发明提供的LiFePO₄/C正极材料改性方法由实施例1-3获得的铕钆共掺杂的LiFePO₄/C正极材料的SEM图。

图2为图1所示的由实施例2获得的铕钆共掺杂的LiFePO₄/C正极材料的XRD图。

图3为采用图2所示的铕钆共掺杂的LiFePO₄/C正极材料制备的扣式电池的充放电曲线。

图4为采用图2所示的铕钆共掺杂的LiFePO₄/C正极材料制备的扣式电池的循环性能曲线。

【具体实施方式】