[發(fā)明專利]鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011495200.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN112614989B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周國(guó)偉;任永強(qiáng);王軼男;顧少楠;曹培;楊辰雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明公開了鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法，采用溶劑熱法將鎳鹽、鈷鹽、鉬鹽制備成含有Ni、Co、Mo的前驅(qū)體，將前驅(qū)體升溫至490～510℃進(jìn)行煅燒獲得鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)材料。Mo摻雜到NiCo₂O₄晶格，使Mo取代NiCo₂O₄中的部分Co³⁺，多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)由外殼包裹蛋黃內(nèi)核形成，外殼直徑為納米級(jí)，外殼厚度與蛋黃內(nèi)核半徑之和小于多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)的半徑，蛋黃內(nèi)核為多孔顆粒。本發(fā)明制備方法僅通過(guò)兩步法即可制備鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)材料。制備的鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃?殼結(jié)構(gòu)材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有更優(yōu)的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

鋰離子電池由于能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等特點(diǎn)，已成為便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、固定存儲(chǔ)系統(tǒng)中的重要組成。金屬氧化物具有較高的理論容量、廣泛的可用性和安全性等顯著優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出了作為下一代高性能鋰離子電池負(fù)極材料的巨大潛力。然而金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料仍有需要亟待解決的問(wèn)題，鋰化后體積膨脹引起的循環(huán)穩(wěn)定性降低限制了金屬氧化物的發(fā)展。

為了解決金屬氧化物作為負(fù)極材料所產(chǎn)生的問(wèn)題，近年來(lái)人們做了大量的工作。結(jié)構(gòu)調(diào)控制備蛋黃殼結(jié)構(gòu)成為解決充放電體積膨脹的有效途徑之一。但是，據(jù)發(fā)明人研究了解，目前合成蛋黃殼的方法主要集中在硬模板，并且合成過(guò)程繁瑣復(fù)雜，不易合成。

同時(shí)，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，鈷酸鎳作為雙金屬氧化物的化學(xué)組成較為簡(jiǎn)單，不易形成缺陷位點(diǎn)，從而導(dǎo)致鈷酸鎳在作為鋰離子電池負(fù)極材料中的電化學(xué)性能有待提升。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法僅通過(guò)兩步法即可制備鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料，過(guò)程簡(jiǎn)單、安全，能耗低，可操作性強(qiáng)。制備的鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有更優(yōu)的電化學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一方面，一種鉬摻雜鈷酸鎳多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)材料，Mo摻雜到NiCo₂O₄晶格，使Mo取代NiCo₂O₄中的部分Co³⁺，多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)由外殼包裹蛋黃內(nèi)核形成，外殼直徑為納米級(jí)，外殼厚度與蛋黃內(nèi)核半徑之和小于多孔蛋黃-殼結(jié)構(gòu)的半徑，所述蛋黃內(nèi)核為多孔顆粒。

本發(fā)明采用Mo摻雜到NiCo₂O₄晶格中，部分取代Co³⁺，摻雜至NiCo₂O₄晶格形成三金屬氧化物，不僅使得材料的化學(xué)元素組成復(fù)雜，而且由于Mo具有的多種氧化態(tài)，使得摻雜后的材料的離子組成更為復(fù)雜，形成了豐富的缺陷位點(diǎn)，同時(shí)Ni、Co、Mo協(xié)同作用，從而使得Mo摻雜到NiCo₂O₄的材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。其次，蛋黃殼結(jié)構(gòu)，既可以增大比表面積，使電極與電解液的接觸面積增大；又可以提供額外的空隙，協(xié)同材料形成的豐富的缺陷位點(diǎn)，更有利于Li⁺嵌入/脫出，而且能夠有效的減輕Li⁺嵌入/脫出過(guò)程中的體積變化和機(jī)械應(yīng)變。第三，蛋黃內(nèi)核為多孔顆粒，有利于電解液的滲透，使電子離子能夠更好的與蛋黃內(nèi)核內(nèi)部的缺陷位點(diǎn)進(jìn)行配合，從而能夠加速電子離子傳輸。