专利名称：一种简单合成磷酸铁钇锂正极材料的方法
技术领域：
本发明属于稀土材料应用和新能源材料制备技术领域，具体是一种简单合成磷酸铁钇锂正极材料的方法。
背景技术：
20世纪90年代以来，锂离子电池作为一种绿色高能可充电电池，被广泛应用于现代化数字产品，且在电动汽车中也有较好的应用前景，锂离子电池已成为各国竞相研发的重点，对于锂离子电池来说，正极材料是决定锂离子电池电化学性能、安全及价格成本的关键因素。自1997年由Goodenough等提出将LiFePO4用于二次锂离子电池正极材料后，各国研发人员对LiFePO4进行广泛研究，其与其他二次电池正极材料相比，具有安全性能好、 循环寿命长等其他材料无法相比的优势，且其原材料来源更广泛、价格更低廉、无毒、环境友好等特性，各国竞相产业化。但是Lii^ePO4的电子导电性能较差和锂离子扩散系数较小，使之大电流放电容量衰减较快，高倍率性能较差。且振实密度低，导致体积容量比低。对于LiFePO4的应用，这是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种简单的改性制备重稀土 IO3掺杂Lii^ePO4正极材料的方法。—种简单合成磷酸铁钇锂正极材料的方法，其特征在于包括如下步骤
(1)按一定比例称取锂盐、铁源、磷源和氧化钇(Y2O3),其中锂元素、铁元素、磷元素和钇元素的摩尔比 Li :Fe :P :Υ= (0· 97-0. 99) :(0. 97-0. 99) :1 :(0. 01-0. 06)；(2)将一定量的去离子水置于耐酸搅拌反应釜中，在搅拌的情况下，将锂源慢慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20-50min ；
(3)在搅拌的情况下，慢慢加入全部磷源、铁源及氧化钇，待分散完全后将其全部转移至搅拌球磨机中；
(4)称取碳源，加入搅拌球磨机中研磨，得到前躯体浆料；
(5)对前躯体浆料进行超细磨，控制粒度在3.5微米以下；
(6)将前躯体浆料通过计量泵输送到喷雾干燥机进行喷雾干燥造粒，得到球形前躯体粉末颗粒；
(7)将前躯体粉末置于具有惰性气体保护的窑炉中进行烧结，冷却至室温得到产品。所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述锂盐是氢氧化锂(LiOH ·&())、碳酸锂 (Li2CO3)中的一种或两种。所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述铁源是磷酸铁(FePO4)、氧化铁(Fe203)、
3草酸亚铁(FeC2H4)中的一种或几种。所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述磷源是磷酸铁(FePO4)、磷酸(H3PO4)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4X磷酸二氢锂(LiH2P04)中的一种或几种。所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述碳源是葡萄糖、蔗糖中的一种或两种。所述的方法，其特征在于步骤(4)中研磨条件为转数40(Γ1200转/分，研磨时间为2 4h。所述的方法，其特征在于步骤(5)中超细磨条件为转数40(Γ1200转/分，研磨时间为3 5h。所述的方法，其特征在于步骤(6)中喷雾进口温度为22(T340°C，出口温度为 90 150°C，进料速度为0. 3 0. 8L/min。所述的方法，其特征在于步骤(7)中所采用惰性气体为高纯氮气，通气流量为广4L/min，升温速率为100°C /h，烧结温度为68(T720°C，恒温烧结时间为6 10h。本发明的一种简单合成磷酸铁钇锂正极材料的方法，使稀土氧化物IO3能合理的应用于锂电池正极材料，且优化其加工性能，并对LWePO4金属锂位掺杂，使之提高其电子电导率，铁位掺杂提高其离子电导率，对该材料金属位同时掺杂，能有效提高其电化学性能，且合成工艺简单，适合产业化生产。
具体实施例方式实施例1
称取6000g去离子水置于耐酸反应釜中，在搅拌的情况下，慢慢倒入849g Li2CO3搅拌 30min，再依次加入3500g FeP04、78g5N氧化钇。分散均勻后，将溶液全部转移至搅拌球磨机中，称取450g葡萄糖，加入球磨机中，搅拌球磨机以800转/分研磨2-4h，球磨结束后加浓氨水开循环泵以1000转/分进行超细磨3- ，得到土黄色悬浊液，即前躯体浆料。将前躯体浆料在不断搅拌的情况下输送到喷雾干燥机的雾化盘，恒流泵频率为0-150HZ，雾化器进气压力0. 6Mpa，进口温度设定为220°C，出口温度设定为90_95°C，从粉料收集器可得到土黄色前躯体粉末。将前躯体粉末装入匣钵，置于具有高纯氮气保护的推板窑中，升温至 720°C，恒温烧结他，冷却至室温，即得到黑色磷酸铁钇锂粉体材料。称取适量实施例1所得的磷酸铁钇锂粉体，加入乙炔黑导电剂和溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)的聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂，混合成浆料均勻涂敷在铝片上制成正极片，以金属锂片作为负极，聚丙烯薄膜为隔膜，lmol/L的LiPF6的EC+DEC (1 1)溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成扣式电池。测得第二循环该正极材料0. 1C、0. 5C和IC的放电比容量分别为163 mAh/g、151mAh/g、143mAh/g，恒流比分别为99. 38、99. 25、99. 13，其振实密度为1. 0132g/ml,比表面积为15. 772。实施例2
称取6000g去离子水置于耐酸反应釜中，在搅拌的情况下，慢慢倒入963. 7g LiOH搅拌 30min，再依次加入3500g FeP04、78g5N氧化钇。分散均勻后，将溶液全部转移至搅拌球磨机中，称取450g葡萄糖，加入球磨机中，搅拌球磨机以800转/分研磨2-4h，球磨结束后加浓氨水开循环泵以1000转/分进行超细磨3- ，得到土黄色悬浊液，即前躯体浆料。将前躯体浆料在不断搅拌的情况下输送到喷雾干燥机的雾化盘，恒流泵频率为0-150HZ。雾化器进气压力0. 6Mpa，进口温度设定为220°C，出口温度设定为90-95°C，从粉料收集器可得到土黄色前躯体粉末。将前躯体粉末装入匣钵，置于具有高纯氮气保护的推板窑中，升温至 720°C，恒温烧结他，冷却至室温，即得到黑色磷酸铁钇锂粉体材料。按实施例1中所述制得扣电，其第二循环0. 1C、0.5C和IC放电容量分别为161 mAh/g、150 mAh/g、142 mAh/g，恒流比分别为 99. 03、99. 18,99. 15。.
实施例3
称取5500g去离子水置于耐酸反应釜中，在搅拌的情况下，慢慢倒入403g LiOH, 370gLi2C03搅拌30min，依次加入3200g FeP04、113g5N氧化钇。待分散均勻后，将溶液全部转移至搅拌球磨机中，称取41 Ig葡萄糖加入球磨机中，搅拌球磨机以800转/分研磨2-4h， 球磨结束后加浓氨水开循环泵以1000转/分进行超细磨3-5h，得到土黄色悬浊液，即前躯体浆料。将前躯体浆料在不断搅拌的情况下输送到喷雾干燥机的雾化盘，恒流泵频率为 0-150HZ。雾化器进气压力0. 6Mpa，进口温度设定为220°C，出口温度设定为90_95°C，从粉料收集器可得到土黄色前躯体粉末。将前躯体粉末装入匣钵，置于具有高纯氮气保护的推板窑中，升温至720°C，恒温烧结8h，冷却至室温，即得到黑色磷酸铁钇锂粉体材料。按实施例1中所述制得扣电，其第二循环0. 1C、0.5C和IC放电容量分别为165 mAh/g、154 mAh/g、145 mAh/g，恒流比分别为 99. 33,99. 28,99. 24。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种简单合成磷酸铁钇锂正极材料的方法，其特征在于包括如下步骤(1)按一定比例称取锂盐、铁源、磷源和氧化钇(Y2O3),其中锂元素、铁元素、磷元素和钇元素的摩尔比 Li :Fe :P :Υ= (0· 97-0. 99) :(0. 97-0. 99) :1 :(0. 01-0. 06)；(2)将一定量的去离子水置于耐酸搅拌反应釜中，在搅拌的情况下，将锂源慢慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20-50min ；(3)在搅拌的情况下，慢慢加入全部磷源、铁源及氧化钇，待分散完全后将其全部转移至搅拌球磨机中；(4)称取碳源，加入搅拌球磨机中研磨，得到前躯体浆料；(5)对前躯体浆料进行超细磨，控制粒度在3.5微米以下；(6)将前躯体浆料通过计量泵输送到喷雾干燥机进行喷雾干燥造粒，得到球形前躯体粉末颗粒；(7)将前躯体粉末置于具有惰性气体保护的窑炉中进行烧结，冷却至室温得到产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述锂盐是氢氧化锂(LiOH·Η20)、 碳酸锂(Li2CO3)中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述铁源是磷酸铁(FePO4)、氧化铁(Fii2O3)、草酸亚铁(!^eC2H4)中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述磷源是磷酸铁(FePO4)、磷酸 (H3PO4)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、磷酸二氢锂(LiH2P04 )中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述碳源是葡萄糖、蔗糖中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中研磨条件为转数40(Γ1200转/分， 研磨时间为2 4h。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)中超细磨条件为转数40(Γ1200转/ 分，研磨时间为3、h。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(6)中喷雾进口温度为22(T340°C，出口温度为9(Tl50°C，进料速度为0. 3 0. 8L/min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(7)中所采用惰性气体为高纯氮气，通气流量为广4L/min，升温速率为100°C /h，烧结温度为68(T720°C，恒温烧结时间为6 10h。
全文摘要
本发明提供一种简单的改性制备重稀土Y2O3掺杂LiFePO4正极材料的方法，使稀土氧化物Y2O3能合理的应用于锂电池正极材料，且优化其加工性能，并对LiFePO4金属锂位掺杂，使之提高其电子电导率，铁位掺杂提高其离子电导率，对该材料金属位同时掺杂，能有效提高其电化学性能，且合成工艺简单，适合产业化生产。
文档编号H01M4/58GK102376955SQ20111039376
公开日2012年3月14日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者王镇, 胡大伟, 郑金龙 申请人:浙江瑞邦科技有限公司