[发明专利]一种掺杂铝元素的复合电极材料及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种添加稀土和铝元素的锂离子电极材料及其制备方法，属于电池电极材料领域。

背景技术

随着手机、笔记本、轻型电动车、混合电动车、电信备电等领域的迅速发展，锂离子电池得到了广泛的应用。锂离子电池是一种高效致密的储能器件，以 LiFePO₄为代表的聚阴离子结构磷酸盐材料，由于其突出的安全性、超长循环寿命、宽电化学窗口、低成本等特点受到了广泛关注。LiFePO₄具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，空间群为 Pnma。在锂原子所在的 a-c 平面中，包含有 PO₄四面体，这就限制了锂离子的移动空间，导致锂离子迁移速率和电子电导率均偏低，这是LiFePO₄材料的固有缺点，这一缺点一直制约了LiFePO₄锂电池的应用范围。

为了提高LiFePO₄的性能，在实际制备过程中往往添加稀土元素，稀土元素是金属材料的“维生素”，对改善金属材料的性能有特殊的作用。稀土元素能够代替了Li的位置，很好的融入到橄榄石结构中。但是单单添加稀土元素，对LiFePO₄的导电率性能改善不明显， LiFePO₄电极材料的应用得不到进一步提升。

发明内容

本发明通过球磨工艺及高温固相法制备一种Li_1-xNd _xFe_1-yAl_yPO₄复合电极材料，通过在传统利用球磨工艺及高温固相法过程中添加稀土Nd粉和Al(OH)₃粉，掺杂Nd和Al原子，制备Li_1-xNd_xFe_1-yAl_yPO₄复合电极材料，弥补LiFePO₄的不足，提高LiFePO₄的导电及充放电性能。此方法工艺简单，前驱体混合程度良好，生产成本低。该电极材料粉体的制备工艺包括如下步骤：

⑴以LiOH作为锂源，以FeC₂O₄・2H₂O作为铁源，NH₄H₂PO₄作为磷酸源，及Nd粉和Al(OH)₃粉末作为掺杂原料，按照Li_1-xNd _xFe_1-yAl_yPO₄（0.02≤x≤0.1, 0. 2≤y≤0.4）的原子比配料，然后加入一定的钢球和球磨介质进行机械球磨10-15小时后得到浆料；

⑵将所得到的浆料进行干燥，得到前驱体粉末；

⑶ 烧结步骤(2)所得的前驱体粉末在惰性气氛保护下于500℃的条件下进行热处理6-8h；

⑷再将温度升高至700℃，恒温热处理10-15h；

⑸所得产物在惰性气氛保护下自然冷却至室温，即得到Li_1-xNd _xFe_1-yAl_yPO₄复合电极材料粉体。

优先地，在步骤⑴中，球磨介质为无水酒精或者丙酮。

优先地，在步骤⑵中，所述前驱体的干燥方法为喷雾干燥。

优先地，在步骤⑶中，所述的惰性气体为氮气、氩气或者两者的混合气体。

实施例一：