一种复合电极材料及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电极材料，特别涉及一种掺杂Mn的磷酸铁铝复合电极材料及其制备工艺，属于电池领域。
【背景技术】
[0002]1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得对环境要求非常高，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。
[0003]在锂离子电池的组成中，正极材料对其电化学性能、安全性能乃至未来的发展方向起着决定性作用。目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂等。其中，LiCoO2结构比较稳定，电化学性能优异，是目前已商品化比较成熟的正极材料，但是这种材料的抗过充电性能差，在较高的充电电压比容量迅速下降；LiFePO4属于较新的正极材料，1997年，Padhit等人提出橄榄石型LiFePO4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，但是由于自身的晶体结构的缺陷，磷酸铁锂具有极低的电子电导率和离子扩散速率，阻碍了其在商业化电池中的应用。
[0004]为了克服上述问题，本发明在Li FePO4电极材料的制备过程中，添加金属Mn，使LiFePO4晶格中掺杂少量金属Mn离子，制备的电极材料大大提高了离子的导电速率，弥补了离子扩散速率低的缺点，在电极材料中具有良好的应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种掺杂Mn的磷酸铁铝复合电极材料及其制备工艺。该制备工艺包括如下步骤:
(I)取适量的FeC2O4■ 2H20、Li2CO3、ΝΗ4Η2Ρ04和Mn，将其按照L1:P:Fe:Mn=I:1:1-χ:χ(0.01 SXS 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；
(3)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Mn的磷酸铁铝复合电极材料。
[0006]优先地，在步骤⑴中，FeC204_2H20、Li2C03、NH4H2P04和Mn的纯度为化学纯。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]优先地，在步骤(6)中，高温煅烧温度为600-700°C，时间控制在10_15h。
[0010]本发明具有下列优点和特性:
⑴制备工艺简单，易操作；
⑵流程短，易于实现工业化。
[0011]实施例一:
取适量的 FeC204 ■ 2H20、Li 2CO3、NH4H2POjPMn，将其按照L1: P: Fe: Mn=1:1: 0.99:0.I 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，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600°C进行煅烧，15h后拿出冷却即可得一种掺杂Mn的磷酸铁铝复合电极材料。
[0012]实施例二:
取适量的 FeC2O4 ■ 2H20、Li2CO3、NH4H2POjPMn，将其按照 L1: P: Fe: Mn=1:1: 0.95:0.05 的比例混合，再取一球磨罐，将适量1g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，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650°C进行煅烧，13h后拿出冷却即可得一种掺杂Mn的磷酸铁铝复合电极材料。
[0013]实施例三:
取适量的 FeC2O4 ■ 2H20、Li2CO3、NH4H2POjPMn，将其按照 L1: P: Fe: Mn=1:1: 0.9:0.I 的比例混合，再取一球磨罐，将适量1g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，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，1h后拿出冷却即可得一种掺杂Mn的磷酸铁铝复合电极材料。
【主权项】
1.一种复合电极材料的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括以下步骤: (I)取适量的FeC2O4■ 2H20、Li2C03 JH4H2PO4和Mn，将其按照Li:P:Fe:Mn=I: I: l-χ:x(0.01SXS 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； (3)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Mn的磷酸铁铝复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种复合电极材料的制备工艺，其特征在于在步骤⑴中，FeC2O4■ 2H20、Li2C03、NH4H2P04和Mn的纯度为化学纯。3.根据权利要求1所述的一种复合电极材料的制备工艺，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所述的一种复合电极材料的制备工艺，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所述的一种复合电极材料的制备工艺，其特征在于，在步骤(6)中，高温煅烧温度为600-700°C，时间控制在10-15h。
【专利摘要】本发明提供了一种复合电极材料及其制备工艺。该复合电极材料是以FeC2O4？2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和金属Mn为原料。其制备工艺是：先将FeC2O4？2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4、Mn原料按一定比例混合，再与适量蔗糖一起倒入一球磨罐中，在丙酮溶液保护下，用星行球磨机进行球磨，球磨一段时间后，取出粉碎的金属混合微粉，将其晾干，再将晾干的微粉在氩气保护下，进行高温煅烧，冷却后即得一种复合电极材料。该制备工艺简单，易操作。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/58
【公开号】CN105514428
【申请号】CN201510972754
【发明人】邬石根
【申请人】邬石根
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月23日