[发明专利]一种掺杂腐植酸的复合电极微粉材料及制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂腐植酸的锂离子复合电极微粉材料及其制备工艺，属于电极材料领域。

背景技术

锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作形成充放电的电池。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。目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等，其中由于钴有毒且资源有限，制备成本较高。而镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能和高温性能差等因素，只能用于小型锂电正极材料。而以磷酸铁锂(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。

酸铁锂(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，晶体中PO₄限制了 Li⁺的移动空间，使得Li⁺的嵌、脱过程只局限在二维可移动空间，因此，LiFePO₄的电子、离子导电率均比较低，尤其在大电流放电的条件下，会有较大的容量损失。

目前，磷酸铁锂(LiFePO₄)主要通过控制晶粒生长，制备出粒径均一、细小的材料，从而强化材料的离子传导性能。合成LiFePO₄—般是采用高温固相法。中国发明专利201010300220.8公开了一种磷酸亚铁锂锂离子电池正极材料的制备方法，该方法将粉状铁源、锂源、磷源在螺杆机中挤压粉碎。用该法不能得到晶型规整的粉体材料，而且工艺复杂，需要长时间高温煅烧。

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。添加稀土少量的Y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Y稀土元素，对LiFePO₄的导电率性能改善不明显。

发明内容

本发明在制备LiFePO₄中添加稀土Y粉进行掺杂，再添加腐植酸掺杂，综合提高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。具体制备工艺包括如下步骤：

⑴以醋酸锂（CH₃COOLi·2H₂O，分析纯）作为锂源，以草酸亚铁（FeC₂O₄・2H₂O，分析纯）作为铁源，磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄，分析纯）作为磷酸源，及Y粉（分析纯）、腐植酸（分析纯）作为掺杂原料。首先按照Li_1-xY_xFePO₄（0.01≤X≤0.1）的原子比例配料原料，将配好的原料置于玛瑙研钵中，进行研磨，研磨一段时间，粉体会先变成粥状，并伴有醋酸味冒出，继续研磨，当粉体全部变成淡黄色的粉末停止研磨，得前驱体粉末；

⑵将步骤⑴所得到的前驱体粉末，再加入适量的腐植酸，研磨均匀；

⑶在惰性气体氛围保护下，将步骤(2)所得的混合物粉末进行热处理；

⑷所得产物在惰性气体氛围保护下自然冷却至室温，即得到一种掺杂腐植酸的复合电极微粉材料。

所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑴中，X的取值范围优先为0.02-0.05之间，研磨中伴有醋酸味冒出时，优先继续研磨时间控制在0.6小时。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑵中，所述腐植酸添加量为前驱体质量百分比的3%。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑶中，所述的热处理过程是：在氮气氛围条件下，先在300-350℃环境恒温加热6-9h，然后将温度升至500-550℃，恒温10-12h。所述的电极材料粉体的制备工艺，在步骤⑷中，所述的惰性气体氛围是在氮气氛围下。

实施例一：