[发明专利]一种Li1-（x+y）FeCexNdyPO4复合电极材料

说明书

本发明提供一种Li_{1‑（x+y）}FeCe_xNd_yPO₄复合电极材料及制备方法。该复合电极材料是以FeC₂O₄・2H₂O作为Fe源，以Li₂CO₃作为Li源，以NH₄H₂PO₄作为PO₄源，以稀土Ce、Nd作为掺杂元素。首先将原料按一定比例配料，配好样品后用丙酮清洗，清洗后再放入球磨罐中，添加适量蔗糖和一定比例的钢球，填满汽油的情况下进行球磨，再将球磨微粉装入一石英玻璃管中，充满氩气并密封，再进行烧结，烧结结束后即得一种复合电极材料。该制备的电极材料粉末电率高，且条件容易控制，操作简单。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电极材料及其制备工艺，特别涉及一种稀土元素的锂离子复合电极材料及其制备方法，属于电池电极材料领域。

背景技术

在自然界中，锂元素是最轻的金属，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，锂离子电池以其比能量高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，在便携式电器和新型交通工具中得到普遍应用。最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO₂=LiMnO₂，该反应为氧化还原反应，放电。

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。其中常见的磷酸铁锂材料属于较新的锂离子电池正极材料，其安全性高、成本较低，但存在室温电导率低，放电电压低（3.4V），实际容量只有 114mA·h／g等缺点，都制约了自身的进一步应用，因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。

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，因此它的电导率比其它的层状化合物低。有文献指出，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，且能够改提高LiFePO₄的导电率。本发明通过球磨工艺、高温固相法掺杂稀土Ce和Nd原子，制备一种复合锂离子电池正极材料，两种稀土元素复配弥补纯磷酸铁锂电极材料的不足，该方法改性后的电极材料的电化学性能表现优良，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种Li_1-（x+y）FeCe_xNd_yPO₄复合电极材料及其工艺。该制备工艺包括如下步骤：

⑴取适量化学纯的FeC₂O₄・2H₂O 、Li₂CO₃、NH₄H₂PO₄和稀土金属Ce、Nd粉末作为原料，按照Li_1-（x+y）FeCe_xNd_yPO₄（0.01≤x+y≤0.1）的原子比例配料；

⑵将配好的原料一起倒入丙酮溶液中，进行浸泡清洗；

⑶将清洗后的原料混合物再一起投入球磨罐中，并添加适量的蔗糖和钢球，在汽油的保护下，用行星式球磨机进行球磨；

⑷球磨一段时间后，把合金微粉取出并晾干；

⑸将晾干的粉末装入充满氩气的石英玻璃管中，并密封；