[發明專利]一種鉬摻雜的富鋰錳基正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710992179.7
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107768664A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 何苗;馮葉鋒;王成民;王潤;周海亮
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制造技術領域，尤其涉及一種鉬摻雜的富鋰錳基正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會發展，人類面臨兩大問題是環境污染和能源危機。人類社會發展離不開煤、石油、天然氣等不可再生能源，但是這些資源總會有一天被消耗完。于是使得人類開發和發展新的能源技術和形式，提高能源的使用效率，比如，太陽能，地熱能和風能等。但是這些新能源技術存在地域性和不連續性，限制了其使用。因此，需要開發出相應儲能裝置，才能真正實現持續供給能源以達到人類的能源使用需求。

鋰離子電池出現給新能源持續利用帶來了希望，由于其具有輸出電池電壓，能量密度高，無記憶效應，循環壽命長，自放電小，安全性能好等多方面優勢。鋰離子電池包括正極材料，電解液，隔膜和負極材料。正極材料作為鋰離子電池關鍵材料之一，其性能好壞直接關系到電池性能的優劣。與負極材料相對比，正極材料的比容量比較低，比如層狀LiCoO₂和三元材料，尖晶石結構LiMn₂O₄和橄欖石型結構LiFePO₄等正極材料的比容量都是在200mAh/g以下，嚴重阻礙鋰離子電池獲得高能量密度，阻礙其進一步發展。然而，層狀富鋰材料具有超過250mAh/g容量，并且價格低廉，環境友好，原材料來源豐富，適合大規模工業生產。遺憾的是層狀富鋰材料存在較差倍率性能，較差循環性能和循環過程中產生電壓衰減，嚴重阻礙其進一步發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉬摻雜的富鋰錳基正極材料及其制備方法，本發明中的鉬摻雜的富鋰錳基正極材料結構穩定、循環性能好并且能有效抑制循環過程產生的壓降。

本發明提供一種鉬摻雜的富鋰錳基正極材料，具有式I所示化學式：

Li_1.2Mn_0.54-xMo_xCo_0.13Ni_0.13O₂ 式I；

其中，0.05≤x≤0.5。

本發明提供一種鉬摻雜的富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將鋰源、鎳源、鈷源和錳源按照式I化學式中的摩爾比溶解于水中，得到混合金屬鹽溶液；

B)依次將有機酸和鉬源加入所述步驟A)中的混合金屬鹽溶液中，得到混合溶液；

C)蒸干所述步驟B)中的混合溶液中的水分，得到凝膠物質，將所述凝膠物質進行干燥，得到中間體；

D)將所述步驟C)中的中間體在450～600℃下燒結5～8小時，然后在750～950℃下保溫10～24小時，得到具有式I化學式的鉬摻雜的富鋰錳基正極材料；

Li_1.2Mn_0.54-xMo_xCo_0.13Ni_0.13O₂ 式I；

其中，0.05≤x≤0.5。

優選的，所述鋰源為氫氧化鋰，碳酸鋰和醋酸鋰中的一種或多種；

鎳源為硝酸鎳，硫酸鎳和醋酸鎳中的一種或多種；

鈷源為硝酸鈷，硫酸鈷和醋酸鈷中的一種或多種；

錳源為硝酸錳，硫酸錳和醋酸錳中的一種或多種。

優選的，所述混合金屬鹽溶液的濃度為0.1～3mol/L。

優選的，所述有機酸為檸檬酸、酒石酸和甘氨酸中的一種或多種；

所述有機酸與混合溶液中所有過渡金屬離子的摩爾比為(1～3)：1。

優選的，所述鉬源為鉬酸鈉、鉬酸氨和鉬酸鉀中的一種或多種。

優選的，所述步驟C)中蒸干的溫度為80～120℃；

所述步驟C)中蒸干的時間為10～15小時。

優選的，所述步驟C)中干燥的溫度為100～150℃；

所述步驟C)中干燥的時間為10～15小時。

優選的，所述步驟C)中燒結的具體過程為：

將所述步驟B)中的中間體以1～5℃/min的速率從室溫升至450～600℃，燒結5～8小時；然后在以1～5℃/min的速率升至750～900℃，保溫10～24小時，得到具有式I化學式的鉬摻雜的富鋰錳基正極材料。