[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610167893.8
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105680037B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 劉韓星;李文姬;余志勇;盧夢云;孫念;馬娟;鄭振寧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525;H01M4/1391
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種新型鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的應用正由便攜式電子產品向電動汽車領域擴展。這種發展趨勢對電池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。近來，新型多電子轉移體系受到了研究者的重視，它符合人們對電池要求的發展趨勢，表現出良好的能量密度和高比容量。

近年來，層狀多電子轉移體系Li₂MoO₃逐漸受到研究者們的關注。Li₂MoO₃屬于無序的a-NaFeO₂型結構，由于充放電過程中氧化還原對Mo⁴⁺/Mo⁶⁺的存在，使該體系可以交換多個電子，因而Li₂MoO₃擁有較高的理論比容量(339mAh/g)，是一類有潛力的新型鋰離子電池正極材料。

純相的Li₂MoO₃正極材料還處于初級探索階段，研究者對其結構做了一系列研究，但對其改性研究寥寥無幾。2014年，美國Gerbrand Ceder課題組在1050℃下合成正極材料Li_1.211Mo_0.467Cr_0.3O₂，而后將其與碳包覆結合獲得了較高的電化學性能，該合成溫度較高，因而能耗較高。而目前其他關于純Li₂MoO₃的合成方法研究，可采用固相法對原料進行一步還原煅燒制備，也可直接采用還原商業Li₂MoO₄粉料的方法制備，這些方法并不能完全制備出非常純的Li₂MoO₃。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型鋰離子電池正極材料，該材料相對于現有的多電子轉移體系正極材料擁有較高的實際比容量，可有效改善純相Li₂MoO₃基材料倍率性能差的問題；且涉及的制備方法簡單，適合推廣應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)以碳酸鋰、含鉬化合物、含鈷化合物為原料，按化學式Li_2-xMo_1-xCo_xO_3-x(0.05≤x≤0.1)的化學計量比進行混合，然后用無水乙醇進行分散，然后進行球磨、烘干得混合粉體；

2)將步驟1)所述混合粉體進行氣氛分段式熱處理，將所得產物進行研磨，即得所述的新型鋰離子電池正極材料。

上述方案中，所述含鉬化合物可選用三氧化鉬、鉬酸銨等。

上述方案中，所述含鈷化合物可選用四氧化三鈷、堿式碳酸鈷等。

上述方案中，步驟1)中所述球磨工藝為在800～1000rpm的轉速下球磨4～6h。

上述方案中，所述氣氛分段式熱處理具體包括以下步驟：首先在空氣氣氛下加熱至500～600℃保溫6～24h，得前驅體材料；將所得前驅體材料進行研磨后，置于還原性氣氛中進行兩步煅燒：首先加熱至650～700℃保溫12～24h(一次煅燒)，所得產物取出并研磨后再加熱至700～800℃保溫12～24h(二次煅燒)。

本發明采用固相法創新性地結合分段氣氛控制法合成所述鋰離子電池正極材料：首先通過對Li₂MoO₃摻雜Co以提高材料的導電性；同時結合分段氣氛控制法，將球磨混合后的原料首先在氧氣氣氛下煅燒合成前驅體，再在還原性氣氛中進行兩步煅燒制備所述材料，這種方法可以使材料晶體結構得到充分良好的發育，從而制備出純度較高、粒度較細的目標產物。

上述方案中，所述還原氣氛可選用H₂/N₂或H₂/Ar₂混合氣體，其中H₂所占的體積比例為5～100％。

優選的，H₂所占的體積比例為5～10％。