[发明专利]一种掺杂钒的复合电极材料

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钒元素的锂离子电极材料及其制备方法，属于电池电极材料加工领域。

背景技术

随着手机、笔记本、电动车及电信备等领域的迅速发展，锂离子电池得到了广泛的应用。锂离子电池是是一种二次电池（充电电池），它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。以 LiFePO₄为代表的聚阴离子结构磷酸盐材料，其突出的安全性、超长循环寿命、低成本等特点在锂离子电子领域受到了广泛关注。LiFePO₄具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，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，制约了LiFePO₄锂电池的应用范围。

有文献（稀土金属离子掺杂对LiFePO₄结构和性能的影响,《稀有金属材料与工程》,2011,40 (11):1936-1940）指出：将稀土金属离子对LiFePO₄的Li原子位进行掺杂，通过X射线衍射（XRD）、恒电流充放电及电化学阻抗（EIS）法系统分析表明表明：稀土金属离子很好的融入到橄榄石结构中，掺杂试样的性能得到了很大的提高。因此为了提高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。但是单单添加稀土元素，对LiFePO₄的导电率性能改善单一， 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-yV_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NH₄VO₃粉，掺杂Nd和V原子，制备Li_1-xNd_xFe_1-yV_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NH₄VO₃粉末作为掺杂原料，按照Li_1-xNd _xFe_1-yV_yPO₄（0.02≤x≤0.1, 0. 2≤y≤0.4）的原子比配料，然后取一定量的配好的原料倒入球磨罐中，并加入适量的钢球和球磨介质进行机械球磨10-15小时后得到浆料混合物；

⑵取出上述制得的浆料混合物，对其进行干燥，干燥后得到前驱体粉末；

⑶ 将制备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5-8h；

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，收集粉末即得到一种Li_1-xNd _xFe_1-yV_yPO₄复合电极材料粉末。

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。

优先地，在步骤⑸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：