[发明专利]硫酸根掺杂锂化三氧化钼正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体为硫酸根掺杂锂化三氧化钼正极材料的制备方法，用以进一步提升三氧化钼正极材料的电化学性能。本发明硫酸根掺杂锂化三氧化钼正极材料的化学组成是Li_x(SO₄)_yMoO_z，首先将金属Mo搅拌溶解在酸性、氧化性溶剂中，随后将可溶性锂源以及硫酸盐(或硫酸)超声分散并溶解在该反应液中，水热反应后煅烧，所得产物为Li_x(SO₄)_yMoO_z；所得的硫酸盐掺杂锂化三氧化钼正极材料具有良好的电化学充放电行为，小电流充放电条件下放电容量超过280mAh/g，制备方法简单易行，成本低，具有高比容量和较好循环可逆性能，具有显著的实用价值和经济效益。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及硫酸根掺杂锂化三氧化钼正极材料的制备方法。

背景技术

钼元素在锂电池正负极材料的制备和修饰改性方面的应用广泛，首先，三氧化钼本身就可以用作正极材料，将三氧化钼与聚合物复合的材料可以改善三氧化钼的性能。例如，聚苯胺(PANI)与MoO₃纳米带的复合可以通过水热反应实现；(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O经质子交换树脂，进行离子交换后可以制得MoO₃溶胶，所得产物是一种透明的浅蓝色MoO₃溶胶(最终pH值约为2.0)；然后，将PANI与MoO₃按照一定的比例混合，形成混合溶胶；最后，将混合溶胶直接加入聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在180℃保持48小时；水热反应后，样品在室温下冷却，分别用蒸馏水和乙醇洗涤；最终产物在80℃干燥12小时，即得到(PANI)/Mo O₃纳米带复合材料。与纯MoO₃材料相比，(PANI)/MoO₃纳米带复合材料的电化学阻抗更低，导电性能更好；在经过25次循环以后，仍然可以实现171mAh/g的放电比容量，与纯MoO₃材料相比，其充放电循环稳定性更高。

其次，钼元素还可以用来进行锂电池正极材料的修饰改性；例如，可以用Mo元素掺杂改性LiV₃O₈材料的电化学性能，按照一定的摩尔比，将(NH₄)₆Mo₇O₂₄，V₂O₅和LiOH·H₂O在室温下不断搅拌溶解在蒸馏水中，然后在剧烈搅拌下将上述混合液在80℃下加热数小时，蒸发水(除去约2/5的水)直至黄褐色获得溶胶；然后将所得溶胶转移到100毫升聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中；高压釜在180℃加热48h，然后迅速冷却至室温；将所得凝胶冻干以防止团聚，并在450℃下、空气中进一步煅烧2小时；然后研磨样品即得最终的Mo掺杂L iV₃O₈材料；Mo掺杂的LiV₃O₈正极比纯LiV₃O₈正极具有更高的锂离子储存能力，更好的循环稳定性和更高的倍率性能。Mo掺杂的LiV₃O₈的最大放电容量为269.0mAh/g，在300m A/g的电流密度下保持205.9mAh/g，远高于纯LiV₃O₈。Mo掺杂可以增加了电化学反应的可逆性，降低了电化学反应的电阻，并且提高锂离子扩散率；这是因为Mo⁶⁺替代了LiV₃O₈层中的部分V⁵⁺；这种替代掺杂被认为在锂离子嵌入/脱嵌过程中增加了晶体结构的稳定性，并且是循环稳定性良好的原因。