[发明专利]一种掺杂Yb、Gd的Li1-（x+y）FeYbxGdyPO4复合电极材料

说明书

本发明提供一种Li_{1‑（x+y）}FeYb_xGd_yPO₄复合电极材料及其工艺。该电极材料是以FeC₂O₄・2H₂O作为Fe源，以Li₂CO₃作为Li源，以NH₄H₂PO₄作为PO₄源，以Yb、Gd作为掺杂稀土原子。先将原料按一定原子比例配料，再用丙酮溶液清洗，再将原料和一定比例的蔗糖和钢球放入球磨罐中并填满汽油，进行高能球磨，球磨微粉晾干后装入一石英玻璃管中，充满氩气并密封，最后将样品放入高温炉中进行煅烧烧结，烧结处理后即得一种Li_{1‑（x+y）}FeYb_xGd_yPO₄复合电极材料。

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，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，锂离子电池各方面得到普遍应用，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。

材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。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，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。

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Yb和Gd原子，制备一种复合锂离子电池正极材料，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）FeYb_xGd_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Yb、Gd粉末作为原料，按照Li_1-（x+y）FeYb_xGd_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；

⑹再把石英玻璃管放入高温炉中进行烧结，烧结后待冷却，取出管内粉末即得产品。

优先地，在步骤⑶中，蔗糖与原料的添加比例为0.2-0.3，球料比为15-20。

优先地，在步骤⑶中，行星式球磨机速度控制250-350 r/min运行。

优先地，在步骤⑷中，用行星式球磨机进行球磨的时间为20-40h。