[發(fā)明專利]硫酸根摻雜鋰化三氧化鉬正極材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810096349.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN108417791A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向勇;史家遠(yuǎn);張曉晴;張曉琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為硫酸根摻雜鋰化三氧化鉬正極材料的制備方法，用以進(jìn)一步提升三氧化鉬正極材料的電化學(xué)性能。本發(fā)明硫酸根摻雜鋰化三氧化鉬正極材料的化學(xué)組成是Li_x(SO₄)_yMoO_z，首先將金屬M(fèi)o攪拌溶解在酸性、氧化性溶劑中，隨后將可溶性鋰源以及硫酸鹽(或硫酸)超聲分散并溶解在該反應(yīng)液中，水熱反應(yīng)后煅燒，所得產(chǎn)物為L(zhǎng)i_x(SO₄)_yMoO_z；所得的硫酸鹽摻雜鋰化三氧化鉬正極材料具有良好的電化學(xué)充放電行為，小電流充放電條件下放電容量超過280mAh/g，制備方法簡(jiǎn)單易行，成本低，具有高比容量和較好循環(huán)可逆性能，具有顯著的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硫酸根摻雜鋰化三氧化鉬正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鉬元素在鋰電池正負(fù)極材料的制備和修飾改性方面的應(yīng)用廣泛，首先，三氧化鉬本身就可以用作正極材料，將三氧化鉬與聚合物復(fù)合的材料可以改善三氧化鉬的性能。例如，聚苯胺(PANI)與MoO₃納米帶的復(fù)合可以通過水熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)；(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O經(jīng)質(zhì)子交換樹脂，進(jìn)行離子交換后可以制得MoO₃溶膠，所得產(chǎn)物是一種透明的淺藍(lán)色MoO₃溶膠(最終pH值約為2.0)；然后，將PANI與MoO₃按照一定的比例混合，形成混合溶膠；最后，將混合溶膠直接加入聚四氟乙烯襯里的高壓釜中，并在180℃保持48小時(shí)；水熱反應(yīng)后，樣品在室溫下冷卻，分別用蒸餾水和乙醇洗滌；最終產(chǎn)物在80℃干燥12小時(shí)，即得到(PANI)/Mo O₃納米帶復(fù)合材料。與純MoO₃材料相比，(PANI)/MoO₃納米帶復(fù)合材料的電化學(xué)阻抗更低，導(dǎo)電性能更好；在經(jīng)過25次循環(huán)以后，仍然可以實(shí)現(xiàn)171mAh/g的放電比容量，與純MoO₃材料相比，其充放電循環(huán)穩(wěn)定性更高。

其次，鉬元素還可以用來進(jìn)行鋰電池正極材料的修飾改性；例如，可以用Mo元素?fù)诫s改性LiV₃O₈材料的電化學(xué)性能，按照一定的摩爾比，將(NH₄)₆Mo₇O₂₄，V₂O₅和LiOH·H₂O在室溫下不斷攪拌溶解在蒸餾水中，然后在劇烈攪拌下將上述混合液在80℃下加熱數(shù)小時(shí)，蒸發(fā)水(除去約2/5的水)直至黃褐色獲得溶膠；然后將所得溶膠轉(zhuǎn)移到100毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中；高壓釜在180℃加熱48h，然后迅速冷卻至室溫；將所得凝膠凍干以防止團(tuán)聚，并在450℃下、空氣中進(jìn)一步煅燒2小時(shí)；然后研磨樣品即得最終的Mo摻雜L iV₃O₈材料；Mo摻雜的LiV₃O₈正極比純LiV₃O₈正極具有更高的鋰離子儲(chǔ)存能力，更好的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的倍率性能。Mo摻雜的LiV₃O₈的最大放電容量為269.0mAh/g，在300m A/g的電流密度下保持205.9mAh/g，遠(yuǎn)高于純LiV₃O₈。Mo摻雜可以增加了電化學(xué)反應(yīng)的可逆性，降低了電化學(xué)反應(yīng)的電阻，并且提高鋰離子擴(kuò)散率；這是因?yàn)镸o⁶⁺替代了LiV₃O₈層中的部分V⁵⁺；這種替代摻雜被認(rèn)為在鋰離子嵌入/脫嵌過程中增加了晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且是循環(huán)穩(wěn)定性良好的原因。