[發(fā)明專利]鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114744182A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 廖家軒;彭雪楓;王思哲;宋堯琛;龍鑫;邱宇洪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于電池材料領域，具體提供一種鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法，用以提升無鈷富鋰錳基正極材料的首次庫倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明中正極材料的化學通式為：Li(Li_0.2M_0.8?xMo_x)O_2?yS_y，其中，0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，M為Ni和Mn；本發(fā)明將二硫化鉬用于無鈷富鋰錳基正極材料摻雜改性得到鉬、硫共摻雜改性無鈷富鋰錳基正極材料，通過鉬、硫元素對材料中的過渡金屬元素、氧元素的取代，能夠增加Li⁺擴散的層間距和有效改善Li⁺脫嵌過程中的結構變化，提高了材料的首次庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性；并且，采用二硫化鉬一種化合物摻雜鉬、硫兩種元素，不易引入其他雜質，制備工藝簡單且成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于電池材料領域，具體提供一種鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著世界經(jīng)濟的快速增長，各國對儲能器件功率密度和能量密度的要求不斷提高；而鋰離子電池具有能量密度較高、使用壽命較長等優(yōu)點，是理想的儲能器件。目前，商業(yè)化鋰離子電池正極材料的放電比容量均低于200mAh·g^-1，而商業(yè)化負極中應用最為廣泛的石墨-碳材料實際可逆比容量超過350mAh·g^-1，性能高于正極材料；此外，正極材料在單體電池構成成本中占比超過40％，高于負極材料的15％；因此，目前鋰離子電池體系的能量密度和成本主要受限于正極材料，新型正極材料的開發(fā)是研究工作中的重點。

Co資源的稀缺和具有毒性推進了正極材料的低鈷化發(fā)展，因而無鈷富鋰錳基正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M為Mn、Ni等中一種或多種)受到關注；因其具有較高的放電比容量(≥250·mAh g^-1)、較低的成本和較好的安全性等優(yōu)點而引起了廣泛的關注。然而，目前由于其存在的諸多缺陷如首次充放電庫倫效率低，倍率性能較差，長循環(huán)電壓衰減等問題限制了它的應用。為了改善無鈷富鋰錳基正極材料的電化學性能，有研究人員提出納米化，元素摻雜，表面包覆等改性方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法，用以提升無鈷富鋰錳基正極材料的首次庫倫效率、循環(huán)穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料，其特征在于，所述正極材料的化學通式為：Li(Li_0.2M_0.8-xMo_x)O_2-yS_y，其中，0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，M為Ni和Mn。

上述鉬與硫共摻雜的改性無鈷富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：利用溶膠-凝膠法制備無鈷富鋰錳基正極材料的過渡金屬鹽前驅體；

步驟2：將步驟1中得到的過渡金屬鹽前驅體進行煅燒處理，得到無鈷富鋰錳基正極材料；

步驟3：將步驟2中得到的無鈷富鋰錳基正極材料與二硫化鉬粉末混合球磨，得到鉬、硫共摻雜改性無鈷富鋰錳基正極材料前驅體；

步驟4：將步驟3中得到的鉬、硫共摻雜改性無鈷富鋰錳基正極材料前驅體進行煅燒處理，即得到所述鉬、硫共摻雜改性無鈷富鋰錳基正極材料。

上述制備方法，優(yōu)選的，利用溶膠-凝膠法制備無鈷富鋰錳基正極材料的過渡金屬鹽前驅體具體包括以下步驟：

步驟1-1：將過渡金屬鹽和鋰鹽溶解得到混合鹽溶液，將絡合劑溶解得到絡合劑溶液；