[发明专利]一种稀土掺杂的动力电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于动力电池材料技术领域，涉及锂离子电池纳米级正极材料，特别涉及一种稀土掺杂的动力电池正极材料LiFeRPO₄及其制备方法。

背景技术

随着传统能源不可再生性的巨量消耗和使用过程中越来越严重的污染环境问题，世界范围对于清洁能源极为关注。目前的清洁能源包括核能、太阳能、风能、水能及生物能。从自然界中获取清洁能源已经成为正在使用中的技术，而获取后的能源如何来储存和使用将是目前最大的问题。

石油的消耗量是所有矿物能源中最大的，当前全球汽车需求的石油占石油消耗总量的一半以上，同时全球大气污染42％以上来源于交通车辆的污染。因此全世界对于电动车(EV)和油电混合动力车(HEV)的研发和推广都投入了大量的资金，而作为电动车的动力来源-动力电池的研发更显得尤为关键。锂离子电池以其无记忆、高能量密度、长使用寿命、高安全性、宽工作温区和低污染性而成为动力汽车用电池的首选。

锂离子电池的组成为正极材料、负极材料，隔膜和电解液，其中正极材料是锂离子电池的核心部分。目前可以作为锂离子电池正极材料的有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂和LiFePO₄；当前商品化的锂离子电池中主要以LiCoO₂为正极材料。

LiCoO₂材料具有高的克容量(270mA·h/g)，但是由于其结构不稳定，当过充或过放电时，会有过量的锂离子聚集在负极，在负极上形成晶枝，长尖晶枝会造成电池隔膜被刺破，所以LiCoO₂为正极材料的锂电池出现爆炸的概率较大；此外Co元素不但稀缺，而且具有毒性。因此LiCoO₂不适合被大批量的应用用于动力电池，一般以LiCoO₂为正极材料的锂电池用在移动通讯，便携式小电器及小型电动工具上。

LiNiO₂在充电过程中Ni³⁺较容易被电解液还原，从而导致O₂放出，同样会导致电池的不安全。LiMn₂O₄虽然具有稳定的结构，避免了晶枝的产生，但是Mn具有多种价态(包括+2，+3，+4，+7)，很容易和电解液反应，造成其容量的衰减。三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂虽然具有较好的稳定性和克容量，但是其中含有Co，同样具有污染环境和原料稀缺的问题。

锂离子电池正极材料中LiFePO₄受到产业界的大量关注，LiFePO₄具有较高的放电平台(高达3.43V)，同时原料丰富，对环境无污染；更重要的是和其它锂电池正极材料相比，其具有最好热稳定性和化学稳定性，即其安全性是最高的，因此LiFePO₄是最适合应用于动力电池的正极材料。

目前LiFePO₄存在的技术问题就是：在大电流充放电时电容量会大幅度下降。主要原因就是LiFePO₄中的电子传输率和离子扩散率较低，一般的方法是通过在LiFePO₄颗粒表面包覆碳以提高其电子传输率，通过掺杂过渡金属提高其离子扩散率。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种稀土掺杂的动力电池正极材料及其制备方法，该动力电池正极材料是掺杂了稀土元素的LiFePO₄材料，掺杂的稀土元素能够提高锂离子电池Li⁺的传输率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种稀土掺杂的动力电池正极材料，其化学组成为(LiFe)_1-xR_xPO₄，其中R为La、Ce、Pr、Tb、Ho、Lu、Y或Sc，0.00001≤x≤0.05。

一种稀土掺杂的动力电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：