一种添加纳米二氧化钛制备复合电极材料及工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种添加纳米二氧化钛制备复合电极材料及工艺。该材料是以LiOH为锂源，Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，按照Li1‑xNd xFe1‑yTiyPO4的原子配比制备的一种复合电极材料。先按照原子配比配料，然后通过球磨工艺球磨制备浆料，将浆料干燥后在惰性气氛保护下进行热处理、冷却即可制备目标产物。此方法工艺简单，复合电极材料粉末性能良好。

Preparation of composite electrode materials and technology by adding nano titanium dioxide

The invention discloses a composite electrode material and a process for adding nanoscale titanium dioxide. The material is LiOH as lithium source, Fe (PO4) 3 as iron source, (NH4) 2HPO4 phosphate source, Nd powder as raw materials doped Nd doped nano titanium dioxide powder as raw material, doped Ti doped, a composite electrode material in accordance with the atomic ratio of Li1 prepared by the xNd xFe1 yTiyPO4. The slurry is first prepared according to the proportion of atoms, and then prepared by ball milling and ball milling. Slurry is dried and heated under inert atmosphere to prepare the target product after heat treatment and cooling. The process of this method is simple and the properties of the composite electrode materials are good.

【技术实现步骤摘要】
一种添加纳米二氧化钛制备复合电极材料及工艺
本专利技术涉及一种锂离子复合电极材料及其制备工艺，特别涉及一种掺杂钛元素的锂离子复合电极材料及制备方法，属于电极材料加工领域。
技术介绍
锂离子电池是是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。以LiFePO4为代表的聚阴离子结构磷酸盐材料，其突出的安全性、超长循环寿命、低成本等特点在锂离子电子领域受到了广泛关注。LiFePO4具有稍微扭曲的六方密堆积排列结构，属于正交晶系，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，导致锂离子迁移速率和电子电导率均偏低，制约了LiFePO4锂电池的应用范围。有文献（稀土金属离子掺杂对LiFePO4结构和性能的影响,《稀有金属材料与工程》,2011,40(11):1936-1940）指出：将稀土金属离子对LiFePO4的Li原子位进行掺杂，通过X射线衍射（XRD）、恒电流充放电及电化学阻抗（EIS）法系统分析表明：掺杂后的试样的性能得到了很大的提高。因此在实际制备过程中往往添加稀土元素，改善LiFePO4电极材料的性能。但是单添加稀土元素，对LiFePO4的导电率性能改善单一，LiFePO4电极材料的应用得不到进一步提升。
技术实现思路
本专利技术通过球磨工艺及高温固相法制备一种Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极材料，并在制备过程中添加稀土Nd粉和纳米二氧化钛粉末，从而掺杂Nd和Ti原子，制备Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极材料，提高LiFePO4的导电及充放电性能。此方法工艺简单，前驱体混合程度良好，生产成本低，制备的电极材料循环及容量性能良好。该电极材料粉体的制备工艺包括如下步骤：⑴以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，各成分按照Li1-xNdxFe1-yTiyPO4（0.02≤x≤0.1,0.2≤y≤0.4）的原子比配料，然后取一定量的配好的原料用球磨罐进行球磨；⑵将球磨后制得的浆料混合物进行干燥，干燥后得到前驱体粉末；⑶将制备的前驱体粉末在惰性气氛保护下于进行热处理；⑷经过热处理工艺后，将所得产物在惰性气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得到一种Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极材料粉末。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑴中，所述球磨过程需要加入球磨介质无水酒精或者丙酮，机械球磨时间为10-15小时。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑵中，所述对混合浆料干燥是采用喷雾干燥。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑶中，所述对前驱体粉末进行热处理工艺是在氮气、氩气或者两者的混合气体条件下，先在500-600℃的条件下进行热处理5-8h，然后将温度升高至700-800℃，热处理10-15h。在上述电极材料粉体的制备工艺步骤⑷中，所述惰性气氛保护下是在氮气、氩气或者两者的混合气体条件下。实施例一：以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，按照Li0.98Nd0.02Fe0.8Ti0.2PO4的原子配比配料5g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量钢球和无水酒精作为球磨介质，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，拧紧后再将其放入行星式球磨机中进行球磨10小时，球磨结束后取下球磨罐静置一段时间后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉浆料取出进行喷雾干燥得前驱体粉末，再将粉末在氮气的保护条件下进行高温加热至500℃，恒温5小时，然后升高温度至700℃，恒温10小时，所得产物在氮气气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得产品。实施例二：以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，按照Li0.95Nd0.05Fe0.7Ti0.3PO4的原子配比配料20g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量钢球和无水酒精球磨介质，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，拧紧后再将其放入行星式球磨机中进行球磨12小时，球磨结束后取下球磨罐静置一段时间后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉浆料取出进行喷雾干燥得前驱体粉末，再将粉末在氮气的保护条件下进行高温加热至550℃，恒温6小时，然后升高温度至750℃，恒温12小时，所得产物在氮气气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得产品。实施例三：以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，按照Li0.9Nd0.1Fe0.6Ti0.4PO4的原子配比配料50g的混合物，将配好的混合物原料进行初步混合后一起倒入球磨罐中，再往球磨罐中添加适量钢球和丙酮球磨介质，然后盖上球磨罐盖子并拧紧螺丝，拧紧后再将其放入行星式球磨机中进行球磨15小时，球磨结束后取下球磨罐静置一段时间后，打开球磨罐，将球磨罐中合金微粉浆料取出进行喷雾干燥得前驱体粉末，再将前驱体粉末装入一端封口的石英玻璃管中，往内充满适量氮气，再用高温火焰熔融石英管开口另一端使其密封，将密封的石英玻璃管投入水中验证气密性，若无气泡，则可认定其密封性良好，在将粉末在氮气的保护条件下进行高温加热至600℃，恒温8小时，然后升高温度至800℃，恒温15小时，所得产物在氮气气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得产品。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Li1‑xNdxFe1‑yTiyPO4复合电极材料，其特征在于该复合电极材料的制备方法按如下步骤进行：⑴以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，各成分按照Li1‑xNd xFe1‑yTiyPO4（0.02≤x≤0.1, 0.2≤y≤0.4）的原子比配料，然后取一定量的配好的原料用球磨罐进行球磨；⑵将球磨后制得的浆料混合物进行干燥，干燥后得到前驱体粉末；⑶ 将制备的前驱体粉末在惰性气氛保护下于进行热处理；⑷经过热处理工艺后，将所得产物在惰性气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得到一种Li1‑xNd xFe1‑yTiyPO4复合电极材料粉末。

【技术特征摘要】
1.一种Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极材料，其特征在于该复合电极材料的制备方法按如下步骤进行：⑴以LiOH作为锂源，以Fe(PO4)3作为铁源，(NH4)2HPO4作为磷酸源，Nd粉作为掺杂Nd的掺杂原料，纳米二氧化钛粉末作为掺杂Ti的掺杂原料，各成分按照Li1-xNdxFe1-yTiyPO4（0.02≤x≤0.1,0.2≤y≤0.4）的原子比配料，然后取一定量的配好的原料用球磨罐进行球磨；⑵将球磨后制得的浆料混合物进行干燥，干燥后得到前驱体粉末；⑶将制备的前驱体粉末在惰性气氛保护下于进行热处理；⑷经过热处理工艺后，将所得产物在惰性气氛保护下自然冷却至室温，收集粉末即得到一种Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极材料粉末。2.如权利要求1所述的一种Li1-xNdxFe1-yTiyPO4复合电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑观情，
申请(专利权)人：郑观情，
类型：发明
国别省市：广西,45