本发明专利技术公开了一种钽掺杂覆碳磷酸铁锂及其制备方法，其化学表达式为：LiFe1-xTaxPO4/C，其中0＜x≤0.2，C的质量百分比为1～10％；通过钽的掺杂使材料电化学性能优良，尤其是在大电流密度下容量衰减极小，并且振实密度比较高。本发明专利技术提供的钽掺杂覆碳磷酸铁锂的制备方法可以采用三氧化二铁为铁源，碳源化合物在物料前驱体中加入，一部分用来还原三价铁，多余的还原碳直接包覆在LiFePO4颗粒上，不需要后期的包覆处理即可改善材料的导电性，方法简单，成本较低，适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池
，涉及。
技术介绍
自1991年锂离子电池问世以来，其正极材料一直是材料研究的热点。目前的研究主要集中在含锂过渡金属氧化物方面，过渡金属主要为镍、钻、锰。近年来，由于铁在地壳中含量丰富，价格便宜，与环境友好，基于1 2+/ 3+氧化还原对的物质引起了人们极大的兴趣，所以人们竞相研究含铁的锂盐，以其取代当前的正极材料。1999 年美国 Texas 大学的 J. B. Goodenough 等人获得 US PatentNo. 591382de 锂电池正极磷酸铁锂材料的专利权，以0. 05mA/cm2的小电流放电，容量为110mAh/g，远未达到 170mAh/g的理论容量，原因是磷酸铁锂电子和离子电导率低。为解决此问题，N. Ravet和 M. Armand等人采用碳包覆、金属掺杂和磷位替代的方法大大提高磷酸铁锂电导率。2002年美国麻省理工学院的ht-Ming Chiang等申请专利US2004/005^5A1，在锂位掺杂+2以上金属离子可以大幅度提高电子导电率，从而提高了磷酸铁锂的倍率特性。以上为动力锂离子电池中的应用提供理论基础。Sony公司采用Li3PO4和狗3 (PO) 4_8H20为原料，加入无定形碳黑或碳前驱体一起球磨，于900°C以下制备磷酸铁锂。该方法最大的优点是尾气中只有水排出，产率高，但需要先制备磷酸亚铁前驱体，而且如果要掺杂其他元素，需按比例另加入磷酸才能保持各元素计量比的平衡。基于高温碳热还原合成技术，美国Valence Technology Inc.公司用廉价的草酸亚铁等三价铁源，在原材料混合时加入重量比100%过量，以三价铁被碳黑还原为二价铁的用量计的无定形碳黑制备磷酸铁锂。现有技术一般采用固相法或湿化学方法制备正极活性物质LiFePO4,例如 CN1401559A公开了一种磷酸铁锂(LiFePO4)的制备方法，该方法将锂盐、亚铁盐和磷酸盐研磨混合均勻后高温锻烧，煅烧完毕后加入导电剂研磨混合制得磷酸铁锂。但是，采用固相法时，各种固体成分很难充分混合，因此得到的磷酸铁锂正极活性物质中各种成分尤其是导电剂分散不均勻，直接影响正极活性物质的导电性。到目前为止，关于材料的合成方法有很多的报道，研究较多也最有可能实现工业化的是高温固相法，但是磷酸铁锂有其固有的缺点，如锂离子扩散系数低、电导率差等，所以常规的方法制备出的材料电化学性能不佳、粒径分布不均勻、振实密度较低等弱点，如大倍率下材料容量衰减严重、振实密度只有1.0g/ml。为了改善材料的性能，一般是对其进行掺杂或包覆，如 C 包覆(CN101172599、CN101442117、CN101764205A、CN101777636A)、过渡金属掺杂(CN1785799)、稀土掺杂(CN1830764、CN101630738)等等，以上方法可以在一定程度上提高磷酸铁锂的性能，但性能的提高都不是太显著。尤其在选择稀土元素，通常是常见的稀土，但化合价变化多，导致在反应和产品充放电过程中容易歧化，其磷酸铁锂的性能显著下降。
技术实现思路
本专利技术针对当前材料制备方法的不足，提供，此方法制备的材料电化学性能优良，尤其是在大电流密度下容量衰减极小，并且此产物的振实密度比较高。本专利技术是通过以下技术方案来实现一种钽掺杂覆碳磷酸铁锂，其化学表达式为LiFei_xTiixP04/C，其中0 < χ彡0. 2，C 的质量百分比为1 10%。一种钽掺杂覆碳磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤1)按摩尔比Li Fe Ta P = 1 I-X χ 1的比例，将用于制备磷酸亚铁锂的铁源化合物、锂源化合物、磷源化合物和钽的氧化物充分研磨混合，得到混合物A，其中 0 < χ 彡 0. 2 ；2)将混合物A与还原性碳源化合物充分混合得到前躯体，其中碳的质量为混合物 A质量的10 20% ；3)将前躯体在惰性气氛下，加热至100 150°C恒温2 5h，再加热至350 600°C恒温3 6h，随炉降温后取出研磨并压紧；4)压紧后在惰性气氛下，升温至500 900°C，恒温焙烧5 15h，随炉降温至室温，得到钽掺杂覆碳磷酸铁锂。所述的锂源化合物为碳酸锂、磷酸二氢锂或氟化锂，铁源化合物为三氧化二铁、四氧化三铁、草酸亚铁、草酸铁、磷酸铁、磷酸亚铁中的一种或几种；所述的磷源化合物为磷酸、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸二氢铵中的一种或几种。所述的混合物A的制备为铁源化合物、锂源化合物、磷源化合物和钽的氧化物按比例混合后，得到待研磨粉料，加入足量的丙酮后置于球磨机中充分研磨，收取研磨后的浆料于100°C以上干燥，得到混合物A。所述的丙酮为待研磨粉料体积的3 5倍，球磨机的速率为200 500r/min，干燥温度为100 110°C。所述的还原性碳源化合物为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖中的一种或几种，碳的质量为混合物A质量的15 20%，将混合物A与还原性碳源化合物的饱和水溶液充分混合，制成前躯体。所述步骤3)的加热是以2 ；TC /min加热速率升温。所述的压紧为在100 200MPa压力下，压成紧密圆柱体。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果本专利技术提供的钽掺杂覆碳磷酸铁锂，通过钽的掺杂使材料电化学性能优良，尤其是在大电流密度下容量衰减极小，并且振实密度比较高。比如所制备的Lii^etl. 9Ta0. fO/C材料，0. 2C放电比容量高于152mAh/g，在大倍率5C下此材料的放电比容量仍高达102. 8mAh/ g，循环20次容量衰减为98. 2mAh/g,容量衰减率仅为2.6%，而未经过钽掺杂的材料在大倍率5C下循环20次放电比容量从94. 3mAh/g衰减为53. 4mAh/g,容量衰减率为48. 5 %，此材料的振实密度高达1.52g/ml。本专利技术提供的钽掺杂覆碳磷酸铁锂的制备方法简单，成本较低，适合工业化生产，其材料可选用廉价，比如可以采用三氧化二铁为铁源，碳源化合物在物料前驱体中加入，一 部分用来还原三价铁，多余的还原碳直接包覆在11？6？04颗粒上，不需要后期的包覆处理即 可改善材料的导电性。附图说明〔0025〕图 1 是四种产物！^？一？。/。，“!^.; 。 ？。"。，!^!^"!^。」？。"。，!^!^。.“ .”？。/ 。的X尺0曲线对比〔0026〕图 2 是四种产物！^！^^/^，！^？一。^!^。.。^ ^^/^，!^!^。』!^。」？^^/^，!^!^。.“ ”？。/ (在0丨2〔倍率下的首次充放电曲线〔0027〕 图^是！^狗^化^？^^/^材料在化20,0^ 5〔，2〔，5〔倍率下的循环性能曲线对比图； 〔0028〕 图4是与！^？一。.，(^/(材料在0丨20,0^ 50,20,50倍率下的循环性 能曲线对比图。具体实施例方式〔0029〕 下面结合具体的实施例和附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的 解释而不是限定。 〔0030〕 实施例1〔0031〕 钽掺杂覆碳磷酸铁锂！^狗“!^。.？^^的制备，包括以下步骤〔0〇32〕 “)准确称量 0丨 02511101112003^0^ 022511101？6203、0丨 0051110118205 和 0丨 0&1101 朋4只2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛涛，
申请(专利权)人：彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：
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