[发明专利]一种掺杂Fe的锂离子正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别涉及掺杂Fe的电池正极材料及其制备方法。

背景技术

在自然界中，锂元素是最轻的金属，它的原子量为6.94g/mol，ρ=0.53g/cm³，电化学当量最小，为0.26 g·Ah^-1，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料，锂离子电池就是利用锂元素的这一特性，锂离子电池是一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电池时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。

材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。从材料角度来看，材料的循环性能因素将制约锂电池的进一步发展，在电池的循环过程中，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。因此开发高性能电极材料是提高电池性能的关键。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。商业化的锂离子电池主要采用LiCoO₂作为正极材料，LiCoO₂存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染，其发展空间受到限制，在很大程度上减少了钻系锂离子电池的使用范围，因此综合利用钴酸锂良好的循环性能等特点，充分借助分子水平混合、掺杂、包覆和表面修饰等方法合成多元素协同的复合嵌锂氧化物，可以降低电极材料Co的含量，并且采用金属元素掺杂，能对LiCoO₂的晶格结构起到一定的支撑和稳定作用，有效抑制晶胞结构在充放电过程中的相变和塌陷，以达到提高材料的安全、循环性能和放电平台的目的，因此一种掺杂Fe的锂离子正极材料具有较好发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

为实现这一目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

采用共沉淀法法制备一种掺杂Fe的锂离子正极材料。

一种掺杂Fe的锂离子正极材料及其制备方法，包括如下步骤：

⑴ 以LiNO₃、Co(NO₃)₂和FeCl₂为原料按1：（1-x）：x的摩尔比溶解在乙醇溶液里，并不停摇匀；

⑵ 取适量NaOH固体粉末溶解在另一份乙醇溶液里，并不停摇匀；

⑶ 将⑴中所配的溶液以1滴/秒的速度滴加到⑵中的NaOH乙醇溶液中，并不断搅拌使反应充分；

⑷ 待⑶中溶液不在产生沉淀时，停止滴入；

⑸ 静止一段时间，把⑷中的溶液通过过滤分离出沉淀；

⑹ 将⑸中分离出的沉淀摊开并在80℃干燥10h；

⑺ 再把⑹中干燥后沉淀置于空气中在400-800℃煅烧；

⑻ 将煅烧后所得固体研磨即得到最终产品。

本发明具有下列优点和特性；

⑴ 量比可精确控制，产物纯度高；

⑵ 所得前驱体粒径小，并且混合均匀；

⑶ 煅烧温度较低，合成产物组分均匀；

⑷ 重现性好，条件容易控制，操作简单。

具体实施方式

实施例一：

分别取一定量的LiNO₃、Co(NO₃)₂和FeCl₂粉末，按1：0.3：0.7的摩尔比溶解在乙醇溶液里，配制成含金属离子浓度为3mol/L的溶液；另取适量NaOH固体粉末溶解在另一份乙醇溶液里，配成3mol/L的NaOH乙醇溶液，再把所配的离子溶液以1滴/秒的速度滴加到NaOH乙醇溶液中，并不断搅拌使反应充分，搅拌速度为60r/min；待溶液不在产生沉淀时，停止滴入并静止一段时间，把溶液过滤分离出沉淀，分离出的沉淀摊开并在80℃干燥10h，干燥后再置于空气中在400℃煅烧；将煅烧后所得固体研磨即得到最终产品。

实施例二：