本发明专利技术提供了一种锂离子正极材料钒、锑共掺杂磷酸铁锂及其制备方法，它将锂源、铁源、磷源与掺杂剂按离子的摩尔比Li+：铁离子：Sb3+：V5+：PO43-=1-1.05：1-x-y：x：y：1-1.02称量，加入碳源和混合介质，采用液相混料，得到亚微米级的浆料，干燥后，置于碳包覆还原气氛中，直接升温至650-750℃进行烧结，保温3-12小时；自然冷却至室温，得钒、锑离子共掺杂的磷酸铁锂材料，化学通式是LiFe1-x-ySbxVy(PO4)/C，其中0.002≤x≤0.01，0.01≤y≤0.02，0.012≤x+y≤0.03。本发明专利技术所制备的材料电化学性能出色，同时有效提高磷酸铁锂的电子和离子传导率，改善磷酸铁锂的比容量和倍率放电性能，从而提高磷酸铁锂作为动力电池的比能量和比功率，将磷酸铁锂材料的能量密度和功率特性提上一个台阶，能显著降低制造成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，该材料用于锂离子电池正极活性物质，具有能量密度高、大功率性能好等特点，在未来电动汽车等新能源领域具有潜在的应用价值。
技术介绍
锂离子电池在当今节能环保提上日程的时代，是一种符合低碳经济的绿色能源，其具有比容量高、放电电压高、循环性能好、自放电率低、无记忆效应等优点。正极材料是决定锂离子电池性能的关键部分，研究和开发高性能的正极材料是锂离子发展的关键所在，在更加注重环保与安全理念的今天，磷酸铁锂(LiFePO4)已成为各国研发的热点。该材料具有稳定的橄榄石结构并具有以下优点①较高的理论比容量(170mA · h/g)和工作电压(3. 4V，相对于Li+/Li);②优良的循环性能和安全性能；③世界铁资源丰富、价廉并且无毒。LiFePO4被认·为是一种环境友好型正极材料。 然而，LiFePO4先天较低的电子导电率和离子传导速率极大地限制了其在锂离子动力电池领域的实际应用。为了克服磷酸铁锂的以上缺点，国内外的研究者们已经对其开展了大量的研究工作。其主要有①掺杂导电剂，如导电碳、导电金属颗粒和导电金属氧化物等，用以提高磷酸铁锂颗粒的表面和颗粒之间的导电率控制材料的粒径尽量小来缩短磷酸铁锂体相中锂离子的扩散路径，从而提高其离子传导速率；③掺杂阳离子来提高其离子传导速率或电子电导率；④掺杂阴离子来提高磷酸铁锂的电化学性能尤其是循环性能和倍率放电性能。在目前已公开的文献中，高温固相反应法是主流的合成磷酸铁锂路线，即将锂源、铁源和磷源以及一定量的掺杂元素以化学计量比均匀混合，在惰性或者还原气氛保护下高温焙烧得到磷酸铁锂。虽然上述制备方法工艺简单、流程便于控制，有利于工业化生产，但是产品存在电化学性能不佳、粒度分布广、振实密度低等弱点，导致其体积能量密度低、倍率性能不佳，使得材料实际应用价值大打折扣。为改善磷酸铁锂的性能，传统的单一掺杂方案已不能达到预期目的，比如单一的钒掺杂虽能够显著提高电化学放电平台，但是并不能很好的改善锂离子的体相传输速率，使其倍率性能受到限制；而单一的锑掺杂虽能有效改善粒径分布，提高振实，但是微量金属锑的还原析出会增加自放电。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是针对以上现有技术中的缺陷，提供一种可以同时提高磷酸铁锂材料能量密度和功率特性的锂离子正极材料钒、锑共掺杂磷酸铁锂，以满足电动汽车等新能源领域对磷酸铁锂动力电池性能的需求。为此，本专利技术采用以下技术方案 它的化学通式是 LiFei_x_ySbxVy(P04) /C，其中 O. 002 ^ x ^ O. 01,0. 01 ^ y(O. 02，O. 012 ( x+y ( O. 03。本专利技术的另一个目的是提供一种上述的钒、锑共掺杂磷酸铁锂材料的制备方法，包括如下步骤 将锂源、铁源、磷源与掺杂剂按离子的摩尔比Li+ :铁离子Sb3+ V5+ :P043_ =1-1. 05 1-x-y :x :y :1-1. 02 称量，其中 O. 002 彡 x 彡 0. 01,0. 01 ^ y ^ 0. 02,0. 012 ( x+y (0.03，加入碳源和混合介质，采用液相混料，得到亚微米级的浆料，干燥后，置于碳包覆还原气氛中，直接升温至650-750°C进行烧结，保温3-12小时；自然冷却至室温，即得钒、锑离子共掺杂的磷酸铁锂材料；其中，所述铁离子为Fe3+或/和Fe2+。在采用上述技术方案的基础上，本专利技术还可采用以下进一步的技术方案 所述的锂源为磷酸二氢锂、碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂和硝酸锂中的一种或多种； 所述的铁源为磷酸铁、草酸亚铁、醋酸亚铁、三氧化二铁、硝酸铁和柠檬酸铁中的一种或多种； 所述的磷源为磷酸铁、五氧化二磷、磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种； 所述的掺杂剂为钒化物和锑化物；所述的钒化物为五氧化二钒和/或偏钒酸铵；锑化物为三氧化二锑和/或草酸锑； 所述的碳源为可溶性淀粉、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、乙炔黑和炭黑中的一种或多种；加入的碳源质量依据碳源残炭量的不同为锂源质量的45%-60% ;烧结后磷酸铁锂粉体材料的含碳量在1. 2-1. 8%之间； 所述的混合介质为去离子 水、无水乙醇、丙酮或工业酒精；混合介质的比例为固相总质量的75%-100%，以保持其恰好具有流动性为宜； 所述液相混料的混合时间优选为4-10小时；所述升温至650-750°C进行烧结的升温速率优选为1-5°C /min。液相混料的工艺为球磨、振动磨或气流磨。随液相混料的工艺和时间的不同，固相颗粒的亚微米级粒径在300nm至800nm之间。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点1、将钒和锑元素部分替代磷酸铁锂晶格中的铁能得到电化学性能更加出色的磷酸铁锂复合材料 LiFe1^SbxVy (P04)/C，其中 O. 002 ( x ( O. 01,0. 01 ^ y ^O. 02,0.012 (x+y ^ O. 03。2、采用钒、锑离子共掺杂方法可产生协同效应，在降低锑的用量的基础上，充分利用钒和锑掺杂的协同效应，同时有效提高磷酸铁锂的电子和离子传导率，改善磷酸铁锂的比容量和倍率放电性能，从而提高磷酸铁锂作为动力电池的比能量和比功率，将磷酸铁锂材料的能量密度和功率特性提上一个台阶。3、本专利技术由于钒、锑的引入能有效缩短锂离子的传输路径，并协同提高材料本身的电子和离子导电性，在生产中可以大量减少蔗糖、导电炭等添加剂或改性剂的引入，能显著降低成本；另外含碳量的降低更进一步提高了材料的能量密度； 4、本专利技术中的碳埋覆还原气氛焙烧磷酸铁锂材料，能有效降低传统的惰性气体保护高温烧结所需的资源损耗和能耗，而且工艺简单、操作容易，所得材料的电化学性能优越，便于进行工业化大生产。附图说明 图1是本专利技术实施例1制备的钒、锑共掺杂磷酸铁锂(b)与不掺杂磷酸铁锂(a)的XRD衍射图。图2是实施例1制备的钒、锑共掺杂磷酸铁锂的SHM扫描电镜图。图3是图1中两种材料的O. 2C充放电曲线，电压范围为2. 0-4. 0V。图4是图1中两种材料的O. 2C充电、2C放电曲线，电压范围为2. 0-4. 0V。具有实施方式 为了更好的理解本专利技术，下面结合实施案列对其作进一步阐述，但是本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术材料的典型分子式如下钒锑掺杂磷酸铁锂LiFetl. 98Sb0.005V0.01 (PO4) /C、LiFe0 97SbQ.01V0. οι (PO4) /C、LiFe0 965SbQ. 01V0.15 (PO4) /C 等均是本专利技术的锂离子正极材料。实施例1 将碳酸锂、磷酸铁、磷酸二氢铵、偏钒酸铵与三氧化二锑按离子的摩尔比Li+ =FePO4 H2PO4-:V5+:Sb3+=L 00 :0. 98 :0. 02 :0. 005 :0. 01称量，按碳酸锂质量的60%加入葡萄糖，再按反应物材料总质量的80%加入无水乙醇，球磨混合5小时，得到混合均匀的浆料，80°C鼓风干燥过夜后，适当研磨，再将其置于碳埋覆的密闭容器中，置于马弗炉中以5°C /min的升温速度升温至720° C进行烧结，保温8小时，随炉自然冷却至室温，即得钒、锑离子共掺杂的磷酸铁锂材料LiFetl. 98Sb0.01V0.005 (PO4)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子正极材料钒、锑共掺杂磷酸铁锂，其特征在于它的化学通式是LiFe1?x?ySbxVy(PO4)?/C，其中0.002?≤?x?≤?0.01，0.01≤?y?≤0.02，?0.012?≤?x+y?≤?0.03。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子正极材料钒、锑共掺杂磷酸铁锂，其特征在于它的化学通式是LiFe1^ySbxVy (P04) /C，其中 O. 002 ^ x ^ O. 01,0. 01 ^ y ^ O. 02, O. 012 ( x+y (O. 03。2.如权利要求1所述的钒、锑共掺杂磷酸铁锂材料的制备方法，包括如下步骤 将锂源、铁源、磷源与掺杂剂按离子的摩尔比Li+:铁离子Sb3+:V5+:P043_ =1-1.05 1-x-y :x :y :1-1. 02 称量，其中 O. 002 彡 x 彡 0. 01,0. 01 ^ y ^ 0. 02,0. 012 ( x+y (0.03，加入碳源和混合介质，采用液相混料，得到亚微米级的浆料，干燥后，置于碳包覆还原气氛中，直接升温至650-750°C进行烧结，保温3-12小时；自然冷却至室温，即得钒、锑离子共掺杂的磷酸铁锂材料；其中，所述铁离子为Fe3+或/和Fe2+。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的锂源为磷酸二氢锂、碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂和硝酸锂中的一种或多种。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜应律，熊辉，钟雅文，蔡若愚，陈蕾，杨国凯，陈海涛，王盈来，张欣瑞，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都电池有限公司，杭州南都能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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