[发明专利]一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会发展，人类面临两大问题是环境污染和能源危机。人类社会发展离不开煤、石油、天然气等不可再生能源，但是这些资源总会有一天被消耗完。于是使得人类开发和发展新的能源技术和形式，提高能源的使用效率，比如，太阳能，地热能和风能等。但是这些新能源技术存在地域性和不连续性，限制了其使用。因此，需要开发出相应储能装置，才能真正实现持续供给能源以达到人类的能源使用需求。

锂离子电池出现给新能源持续利用带来了希望，由于其具有输出电池电压，能量密度高，无记忆效应，循环寿命长，自放电小，安全性能好等多方面优势。锂离子电池包括正极材料，电解液，隔膜和负极材料。正极材料作为锂离子电池关键材料之一，其性能好坏直接关系到电池性能的优劣。与负极材料相对比，正极材料的比容量比较低，比如层状LiCoO₂和三元材料，尖晶石结构LiMn₂O₄和橄榄石型结构LiFePO₄等正极材料的比容量都是在200mAh/g以下，严重阻碍锂离子电池获得高能量密度，阻碍其进一步发展。然而，层状富锂材料具有超过250mAh/g容量，并且价格低廉，环境友好，原材料来源丰富，适合大规模工业生产。遗憾的是层状富锂材料存在较差倍率性能，较差循环性能和循环过程中产生电压衰减，严重阻碍其进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法，本发明中的钼掺杂的富锂锰基正极材料结构稳定、循环性能好并且能有效抑制循环过程产生的压降。

本发明提供一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：

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

其中，0.05≤x≤0.5。

本发明提供一种钼掺杂的富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将锂源、镍源、钴源和锰源按照式I化学式中的摩尔比溶解于水中，得到混合金属盐溶液；

B)依次将有机酸和钼源加入所述步骤A)中的混合金属盐溶液中，得到混合溶液；

C)蒸干所述步骤B)中的混合溶液中的水分，得到凝胶物质，将所述凝胶物质进行干燥，得到中间体；

D)将所述步骤C)中的中间体在450～600℃下烧结5～8小时，然后在750～950℃下保温10～24小时，得到具有式I化学式的钼掺杂的富锂锰基正极材料；

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

其中，0.05≤x≤0.5。

优选的，所述锂源为氢氧化锂，碳酸锂和醋酸锂中的一种或多种；

镍源为硝酸镍，硫酸镍和醋酸镍中的一种或多种；

钴源为硝酸钴，硫酸钴和醋酸钴中的一种或多种；

锰源为硝酸锰，硫酸锰和醋酸锰中的一种或多种。

优选的，所述混合金属盐溶液的浓度为0.1～3mol/L。

优选的，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸和甘氨酸中的一种或多种；

所述有机酸与混合溶液中所有过渡金属离子的摩尔比为(1～3)：1。

优选的，所述钼源为钼酸钠、钼酸氨和钼酸钾中的一种或多种。

优选的，所述步骤C)中蒸干的温度为80～120℃；

所述步骤C)中蒸干的时间为10～15小时。

优选的，所述步骤C)中干燥的温度为100～150℃；

所述步骤C)中干燥的时间为10～15小时。

优选的，所述步骤C)中烧结的具体过程为：

将所述步骤B)中的中间体以1～5℃/min的速率从室温升至450～600℃，烧结5～8小时；然后在以1～5℃/min的速率升至750～900℃，保温10～24小时，得到具有式I化学式的钼掺杂的富锂锰基正极材料。