[发明专利]活性电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活性电极材料领域，特别涉及一种用价格低廉原材料制备活性电极材料的方法。

背景技术

铅酸电池是最传统的可充电电池,已有长达150年应用历史,因其制造简单价格低廉而一直使用。铅酸电池能量密度低,循环寿命短,对环境的毒害等缺陷已不适合新时代的需要。

新技术发展后的锂离子电池具有能量密度高循环寿命长,热稳定好等特点,可用作动力电池。但因锂离子电池的电极材料和电池制备成本居高不下,目前难以在市场推广,取代价格低廉的铅酸电池。

最近研制的离子水溶液电池AIB(aqueous ion battery)因其电极材料和制造成本都很低,循环性能比铅酸电池优异,很有希望在不久的将来取代对环境毒害的铅酸电池。离子水溶液电池AIB虽环保,但与铅酸电池一样能量密度低而只能用于储能电池,无法应用在高功率高容量动力电池领域。

如何制备低价锂离子电池电极材料,降低锂离子电池制造成本,是锂离子电池能在市场上推广的重要因素之一。

本发明是关系制备廉价电极材料,从价格最低廉的原材料开始,经过独特的过程和方法,制备价格低廉的电极材料。

工业制备磷酸铁锂电极材料,传统的生产工艺是草酸亚铁作为铁源原料,磷酸二氢铵作为磷源原料,两材料生产产生成本,生产过程放出对环境有害的气体,目前越来越占主流的生产工艺是用磷酸铁作铁源和磷源原料,磷酸铁生产也产生成本。

制备磷酸铁锂电极材料,低廉的磷源化合物是磷酸或五氧化二磷,低廉的铁源材料是铁粉,或是其它工业的副产品比如硫酸亚铁(钛白粉工业生产副产品),比如磷铁(Fe_XP，黄磷工业生产副产品),比如从磷铁冶炼提取贵金属钒钴镍后的副产品磷酸铁(Fe_XPO₄)。

制备磷酸类化合物电极材料,低廉的磷源化合物是磷酸或五氧化二磷,低廉的Ti源化合物是TiOSO₄和Ti(SO₄)₂,，低廉的V源化合物是NH₄VO₃。

上述的廉价材料有时未能直接用来制备电极材料,原因之一,没有有效的方法保证原材料完全转化,极少量的未转化磁性物可能对电极材料的性能影响很大。原因之二,各元素的配比在转化过程中发生一定的变化,如果按转化前配比做下一步制备,势必引起配比误差,影响电极材料的性能。

本发明方法,把上述的廉价材料完全转化后,重新测定各有效无素的含量,并按新测定各有效无素的含量重新配料,再进行电极材料下一步制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服活性电极材料制备费用过高的缺点，可利用价格低廉化合物和其它工业的副产品作原材料制备活性电极材料的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：活性电极材料的制备方法，活性电极材料的分子式为A_aM_b(XO₄)_cZ_d,，其中M是第一元素，A是第二元素，X是类金属元素，Z是前驱体,制备方法包括如下步骤：

a、用第一元素M源化合物、类金属元素X源化合物和前驱体Z形成中间复合物；

b、测定第一元素M和类金属元素X在中间复合物中的含量，按照A︰M︰X＝1.03～1.1︰1︰1摩尔比加入第二元素A源化合物以及碳源化合物，配成中间混合物；

c、球磨和干燥所述的中间混合物；

d、在无氧气氛中煅烧所述的中间混合物，得到活性电极材料；

其中，所述第一元素M是过渡金属元Fe、Mn、V、Co、Ni、Al、Mg、Si、Ca、Sr、Ti、Cd、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ta、W、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种；

所述第二元素A是碱金属元素Li、Na或K中的至少一种；

所述类金属元素X是P、Si、S、Al、Ga、N或V中的至少一种；

所述前驱体Z是OH、F、Cl或Br中的至少一种；

所述a、b和c是大于零的数，d是大于或等于零的数。

其中，所述a、b和c是1，d为零，所述类金属元素X是P，活性电极材料的分子式为AMPO₄，制备方法包括如下步骤：

a、用磷源化合物和第一元素M源化合物制得磷酸盐复合物；