一种新型聚阴离子型电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电极材料，特别涉及一种掺杂其他金属原子改善聚阴离子型电极材料的一种方法，属于电池领域。
【背景技术】
[0002]锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.ffhittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。但是，锂电池多数是二次电池，也有一次性电池。少数的二次电池的寿命和安全性比较差。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。
[0003]锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、有机分子材料和聚合物材料三大类。其中无机金属化合物材料已经由第一代的金属硫化物，发展到第二代的金属氧化物，但是上述两类正极材料各自具有一些难以克服的缺点，如比容量偏低、价格较高、循环性能不十分理想以及安全隐患因素比较突出等。近年，报道了聚阴离子型化合物LiFeP04作为锂离子电池正极材料具有良好的性能，1997年，Padhit等人提出橄榄石型LiFeP04正极材料，它具备原材料来源广泛、成本低廉、无污染、安全性能高、所得材料无吸湿性等优点，并且它有较高的比容量(理论比容量为170mAh/g，比能量为550Wh/kg )和较高的工作电压(3.4V )，随着温度的升高，电池的比容量也会显著提高，是比较理想的一种正极材料。
[0004]聚阴离子型化合物是一系列含有四面体或者八面体阴离子结构单元的化合物的总称。这些结构单元通过强共价键连成的三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，使得聚阴离子型化合物正极材料具有和金属氧化物正极材料不同的晶相结构以及由结构决定的各种突出的性能。该系列材料有两个突出优点，材料的晶体框架结构稳定，即便是大量锂离子脱嵌，一点与金属化合物型正极材料有较大的不同；第二，易于调变材料的放电电位平台。但是聚阴离子型化合物的缺点是电子电导率比较低，材料的大电流放电性能比较差。
[0005]为了克服上述问题，本发明在LiFeP04的制备过程中，添加Ni03，再通过球磨工艺、高温固相法使LiFeP04晶格中掺杂少量金属Ni离子，提高电极材料的导电速率，制备的电极材料中具有良好的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种新型聚阴离子型电极材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤:
⑴取适量的 FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04^P N1 3，将其按照 Li:P:Fe:Ni=l:1:l-x:x (0.01 ^ 0.1)的比例混合；
⑵再取一球磨罐，将适量的混合的原料和蔗糖倒入罐中，再投入一定质量比例的钢球，然后用丙酮装满罐，将盖盖紧后，放置球磨机上球磨；
⑶球磨结束后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末；
⑷将倒出的金属粉末充分晾干；
(5)再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里；
(6)将高温煅烧炉充满氩气后，进行煅烧；
(7)将经过煅烧处理的粉末拿出，冷却即可得一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料。
[0007]优先地，在步骤⑴中，FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P0# N1 3的纯度为化学纯。
[0008]优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行。
[0009]优先地，在步骤⑶中，用行星式球磨机进行球磨的时间为4_6h。
[0010]优先地，在步骤(6)中，高温煅烧温度为700-900°C，时间控制在8_10h。
[0011]本发明具有下列优点和特性:
⑴改性后电极材料的电子电导率较好；
⑵制备工艺简单，易操作；
⑶流程短，易于实现工业化。
[0012]实施例一:
取适量的 FeC204.2Η20、Li2C03、NH4H2P0jPNi03，将其按照 Li:P:Fe:Ni=l:1:0.99:0.1的比例混合，再取一球磨罐，将适量5g的混合的原料和3g的蔗糖倒入罐中，再投入200g的钢球，然后用丙酮溶液装满罐，将盖盖紧后放置球磨机上球磨，磨速度设置300 r/min,球磨6h后，停止球磨，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末，将金属粉末充分晾干，再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里，将高温煅烧炉充满氩气后，在700°C进行煅烧，10h后拿出冷却即可得一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料。
[0013]实施例二:
取适量的 FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04^P N1 3，将其按照 Li:P:Fe:Ni=l:1:0.95:
0.05的比例混合，再取一球磨罐，将适量10g的混合的原料和5g的蔗糖倒入罐中，再投入400g的钢球，然后用丙酮溶液装满罐，将盖盖紧后放置球磨机上球磨，磨速度设置400 r/min，球磨4h后，停止球磨，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末，将金属粉末充分晾干，再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里，将高温煅烧炉充满氩气后，在80°C进行煅烧，9h后拿出冷却即可得一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料。
[0014]实施例三:
取适量的 FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P0jP N1 3，将其按照 Li:P:Fe:Ni=l:1:0.9:0.1的比例混合，再取一球磨罐，将适量10g的混合的原料和5g的蔗糖倒入罐中，再投入400g的钢球，然后用丙酮溶液装满罐，将盖盖紧后放置球磨机上球磨，磨速度设置400 r/min,球磨5h后，停止球磨，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末，将金属粉末充分晾干，再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里，将高温煅烧炉充满氩气后，在900°C进行煅烧，8h后拿出冷却即可得一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料。
【主权项】
1.一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料，其特征在于，该电极材料的制备方法包括如下步骤:⑴取适量的 FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04^P Ni03，将其按照 Li:P:Fe:Ni=l:1:l-x:x (0.01 ^ 0.1)的比例混合； ⑵再取一球磨罐，将适量的混合的原料和蔗糖倒入罐中，再投入一定质量比例的钢球，然后用丙酮装满罐，将盖盖紧后，放置球磨机上球磨； ⑶球磨结束后，打开球磨罐，倒出上层液体，再取出下层金属粉末； ⑷将倒出的金属粉末充分晾干； (5)再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里； (6)将高温煅烧炉充满氩气后，进行煅烧； (7)将经过煅烧处理的粉末拿出，冷却即可得一种LiFeixNixP04电极材料。2.根据权利要求1所述的一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料，其特征在于，在步骤⑴中，FeC204 ■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04^P N1 3的纯度为化学纯。3.根据权利要求1所述的一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料，其特征在于，在步骤⑵中，球料比为20:1，行星式球磨机速度控制300-400 r/min运行。4.根据权利要求1所述的一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料，其特征在于，在步骤⑶中，用行星式球磨机进行球磨的时间为4-6h。5.根据权利要求1所述的一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料，其特征在于，在步骤(6)中，高温煅烧温度为700-900°C，时间控制在8-10h。
【专利摘要】本发明提供了一种新型聚阴离子型电极材料及其制备方法。该电极材料是以Li2CO3、FeC2O4？2H2O、NH4H2PO4和NiO3为原料，先将原料按照一定比例混合，再将混合的原料与蔗糖一起，在丙酮的保护氛围下，进行球磨，球磨后，将球磨金属粉末晾干，再在氩气保护氛围下进行高温煅烧，冷却即可得一种掺杂Ni的新型聚阴离子型电极材料。
【IPC分类】H01M4/1397, H01M4/58
【公开号】CN105428650
【申请号】CN201510977540
【发明人】邬石根
【申请人】邬石根
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月23日