一种LiFe1-xZrxPO4电极材料及其制备方法技术领域
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的磷酸铁铝电极材料及其制备工艺，属于电池领域。
背景技术
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GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham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。
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。
为了克服上述问题，本发明在LiFePO4的制备过程中，添加ZrO3，再通过球磨工艺、高温固相法使LiFePO4晶格中添加少量金属Zr离子，该方法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
本发明的目的是提供一种LiFe1-xZrxPO4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FeC2O4?2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和ZrO2，将其按照Li：P：Fe：Zr=1：1：1-x：x（0.01≤X≤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；
⑸再将晾干的的粉末放置一高温煅烧炉里；
⑹将高温煅烧炉充满氩气后，进行煅烧；
⑺将经过煅烧处理的粉末拿出，冷却即可得一种LiFe1-xZrxPO4电极材料。
优先地，在步骤⑴中，FeC2O4?2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和ZrO2的纯度为化学纯。
优先地，在步骤⑵中，球料比为20:1，行星式球磨机速度控制300-400r/min运行。
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。
优先地，在步骤⑹中，高温煅烧温度为600-800℃，时间控制在8-10h。
本发明具有下列优点和特性：
⑴改性后电极材料的电化学性能表现优良；
⑵制备工艺简单，易操作；
⑶流程短，易于实现工业化。
实施例一：
取适量的FeC2O4?2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和ZrO2，将其按照Li：P：Fe：Zr=1：1：0.99：0.1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300r/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600℃进行煅烧，10h后拿出冷却即可得一种LiFe1-xZrxPO4电极材料。
实施例二：
取适量的FeC2O4?2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和ZrO2，将其按照Li：P：Fe：Zr=1：1：0.95：0.05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400r/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700℃进行煅烧，9h后拿出冷却即可得一种LiFe1-xZrxPO4电极材料。
实施例三：
取适量的FeC2O4?2H2O、Li2CO3、NH4H2PO4和ZrO2，将其按照Li：P：Fe：Zr=1：1：0.9：0.1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400r/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800℃进行煅烧，8h后拿出冷却即可得一种LiFe1-xZrxPO4电极材料。