[发明专利]一种添加纳米二氧化钛制备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复合电极材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂钛元素的锂离子复合电极材料及制备方法，属于电极材料加工领域。

背景技术

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：掺杂后的试样的性能得到了很大的提高。因此在实际制备过程中往往添加稀土元素，改善LiFePO₄电极材料的性能。但是单添加稀土元素，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-yTi_yPO₄复合电极材料，并在制备过程中添加稀土Nd粉和纳米二氧化钛粉末，从而掺杂Nd和Ti原子，制备Li_1-xNd_xFe_1-yTi_yPO₄复合电极材料，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，制备的电极材料循环及容量性能良好。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Fe(PO₄)₃作为铁源，(NH₄)₂HPO₄作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，各成分按照Li_1-xNd _xFe_1-yTi_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用球磨罐进行球磨；

⑵将球磨后制得的浆料混合物进行干燥，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进行热处理；

⑷经过热处理工艺后，将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-yTi_yPO₄复合电极材料粉末。

在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑴中，所述球磨过程需要加入球磨介质无水酒精或者丙酮，机械球磨时间为10-15小时。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑵中，所述对混合浆料干燥是采用喷雾干燥。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑶中，所述对前驱体粉末进行热处理工艺是在氮气、氩气或者两者的混合气体条件下，先在500-600℃的条件下进行热处理5-8h，然后将温度升高至700-800℃，热处理10-15h。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑷中，所述惰性气氛保护下是在氮气、氩气或者两者的混合气体条件下。

实施例一：