一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料制造技术

本发明专利技术提公开了一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法。该制备方法是：在通过球磨和真空高温煅烧工艺制备磷酸铁锂材料的过程中，掺杂铈元素，形成磷酸铁锂复合化合物，掺杂的稀土元素使磷酸铁锂材料的晶格常数增加，提高Li+嵌入和迁出能力，增加材料的充放电稳定性，克服电子电导率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电极材料，特别涉及一种掺杂稀土铈的电极材料及其制备方法，属于电池领域。
技术介绍
20世纪80年代中期开始，由于音频和视频等装置的便携化、小型化，促进了作为电源的电池从干电池向可充电电池的过渡，在这样的背景下，开发出了锂离子电池。锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、有机分子材料和聚合物材料三大类。其中无机金属化合物材料已经由第一代的金属硫化物，发展到第二代的金属氧化物，但是上述两类正极材料各自具有一些难以克服的缺点，如比容量偏低、价格较高、循环性能不十分理想以及安全隐患因素比较突出等。近年，报道了聚阴离子型化合物LiFeP04作为锂离子电池正极材料具有良好的性能，1997年，Padhit等人提出橄榄石型LiFeP04正极材料，它具备原材料来源广泛、成本低廉、无污染、安全性能高、所得材料无吸湿性等优点，并且它有较高的比容量(理论比容量为170mAh/g，比能量为550Wh/kg )和较高的工作电压(3.4V )，随着温度的升高，电池的比容量也会显著提高，是比较理想的一种正极材料。但是LiFeP04E极材料的缺点是电子电导率比较低，材料的大电流放电性能比较差。稀土金属又称稀土元素，是元素周期表III B族中钪、钇、镧系17种元素的总称，稀土金属在很大程度上不受传导电子和邻近点阵的影响，原子核外电子层中4f壳层不满，具有磁矩，4f壳层“深埋”在原子中，这些独特的性质使稀土金属在许多领域具有广泛的应用。本专利技术在磷酸铁锂正极材料制备过程中，掺杂稀土铈元素，形成LiFelxCexP04化合物，掺杂的稀土元素不改变原材料的晶体结构，只改变其晶格常数C，由于稀土原子半径较大，会使C增加，即意味着层间距变大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迀出能力，更优异的充放电稳定性；另外，稀土的加入，会使结晶更完整，颗粒更均勾，克服电子电导率比较低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤: ⑴取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Ce，将其按照 Li:P:Fe:Ce=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合； ⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，用丙酮装满罐，盖紧后，放置行星式球磨机上； ⑶开动行星式球磨机，球磨一段时间后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末； ⑷把取出的金属微粉通过自然晾干； (5)将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，检验是否有气泡冒出，若没见气泡，表明气密性良好; (7)再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧； ⑶经过煅烧后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1。优先地，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行，球磨的时间为4_6h0优先地，在步骤(7)中，高温煅烧温度为700_900°C，时间控制在8_10h。本专利技术具有下列优点和特性: ⑴改性后电极材料的电子电导率较好； ⑵制备工艺简单，易操作； ⑶流程短，易于实现工业化。实施例一: 取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Ce 作为原料，按照 Lia99FeCeQ.Q1P0^原子比例配料，取出5g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加2g的鹿糖和100g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置300 r/min，球磨6h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入700°C的高温炉中进行煅烧，煅烧10h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。实施例二: 取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204.2Η20 和 Ce 作为原料，按照 Lia95FeCeQ.Q5P0^原子比例配料，取出10g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加5g的鹿糖和400g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置400 r/min，球磨4h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入800°C的高温炉中进行煅烧，煅烧9h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。实施例三: 取适量化学纯的LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20和Ce作为原料，按照LiQ.9FeCea刊4的原子比例配料，取出10g的配好的原料混合物倒入一球磨罐中，并添加5g的鹿糖和400g的钢球，再倒入丙酮溶液，浸没球磨罐后，将罐盖盖紧，放入行星式球磨机进行球磨，球磨速度设置400 r/min，球磨5h后，取出球磨罐，把合金微粉取出，放入一平整的容器中晾干，再将晾干的粉末装入石英玻璃管中，并进行真空密封，把密封好的石英玻璃管投入水中，若没有气泡，表明密封性良好，再把石英玻璃管放入900°C的高温炉中进行煅烧，煅烧8h后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。【主权项】1.一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，该电极材料的制备方法包括如下步骤: ⑴取适量化学纯的 LiAc、NH4H2P04、FeC204 ■ 2H20 和 Ce，将其按照 Li:P:Fe:Ce=l:1:1-x:x (0.01彡X彡0.1)的比例混合； ⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，用丙酮装满罐，盖紧后，放置行星式球磨机上； ⑶开动行星式球磨机，球磨一段时间后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末； ⑷把取出的金属微粉通过自然晾干； (5)将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封； (6)把密封的石英玻璃管投入水中，检验是否有气泡冒出，若没见气泡，表明气密性良好; (7)再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧； ⑶经过煅烧后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为20:1。3.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行，球磨的时间为4-6h。4.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，在步骤(7)中，高温煅烧温度为700-900°C，时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料，其特征在于，该电极材料的制备方法包括如下步骤：⑴取适量化学纯的LiAc 、NH4H2PO4、FeC2O4・2H2O 和Ce，将其按照Li：P：Fe：Ce=1：1：1‑x：x（0.01≤X≤0.1）的比例混合；⑵将配好的原料倒入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，用丙酮装满罐，盖紧后，放置行星式球磨机上；⑶开动行星式球磨机，球磨一段时间后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末；⑷ 把取出的金属微粉通过自然晾干；⑸将晾干的金属微粉装入石英玻璃管中，并进行真空密封；⑹把密封的石英玻璃管投入水中，检验是否有气泡冒出，若没见气泡，表明气密性良好；⑺再把密封的石英玻璃管放入高温炉中，进行煅烧；⑻经过煅烧后，取出石英玻璃管，待冷却后砸碎玻璃管，收集粉末即得一种掺杂稀土铈的磷酸铁锂复合电极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑春燕，
申请(专利权)人：郑春燕，
类型：发明
国别省市：广西;45