一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：Li1.2Mn0.54‑xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.1。本发明专利技术以金属阳离子Mo对层状的富锂锰基材料中的锰离子进行替代，实现对层状富锂锰基材料的体相掺杂，本发明专利技术中的钼掺杂的富锂锰基正极材料结构稳定，能制循环过程中电压衰减和容量衰减。本发明专利技术还提供了一种钼掺杂的富锂锰基正极材料的制备方法，本发明专利技术采用溶胶凝胶法制备，得到的层状富锂锰基正极材料结构稳定性，从而提高循环性能和抑制循环过程产生的压降。

A molybdenum rich lithium manganese rich cathode material and its preparation method

The present invention provides manganese rich lithium cathode material of a Molybdenum Doped with I, shown in the formula: Li1.2Mn0.54 xMoxCo0.13Ni0.13O2 I; among them, 0.05 = x = 0.1. The method uses the metal cation Mo of manganese rich lithium manganese base material layer in alternative implementation of layered lithium rich manganese based materials, doping, lithium rich manganese based cathode materials with stable structure in the invention of Molybdenum Doped, voltage attenuation and capacity attenuation cycle. The invention also provides a preparation method of Molybdenum Doped Lithium rich manganese based cathode material, which is prepared by sol-gel method, and obtains the structural stability of the layered lithium manganese base cathode material, thereby improving the cycle performance and suppressing the pressure drop generated by the cyclic process.

【技术实现步骤摘要】
一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池制造
，尤其涉及一种钼掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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：Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。本专利技术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；Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2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。本专利技术提供了一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。本专利技术以金属阳离子Mo对层状的富锂锰基材料中的锰离子进行替代，实现对层状富锂锰基材料的体相掺杂，本专利技术中的钼掺杂的富锂锰基正极材料结构稳定，能制循环过程中电压衰减和容量衰减。本专利技术还提供了一种钼掺杂的富锂锰基正极材料的制备方法，本专利技术采用溶胶凝胶法制备，得到的层状富锂锰基正极材料结构稳定性，从而提高循环性能和抑制循环过程产生的压降。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中钼掺杂改性层状富锂锰基正极材料和纯相层状富锂锰基正极材料的XRD图；图2为本专利技术实施例1中钼(Mo)掺杂改性层状富锂锰基正极材料(Li1.2Mn0.49Mo0.05Co0.13Ni0.13O2)的SEM图；图3为本专利技术实施例1中纯相层状富锂锰基正极材料的SEM图；图4为本专利技术实施例1中层状富锂锰基正极材料经钼掺杂前后的循环曲线；图5为本专利技术实施例1中的以钼(Mo)掺杂改性层状富锂锰基正极材料制成的实验电池在100圈循环过程中的充放电曲线；图6为本专利技术实施例1中纯相层状富锂锰基正极材料制成的实验电池在100圈循环过程中的充放电曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。在本专利技术中，所述x可以是0.05、0.1、0.25、0.3或0.5。所述具有式I结构的正极材料为钼体相掺杂的层状富锂锰基正极材料。本专利技术还提供了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；Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。本专利技术优选将锂源、锰源、钴源和镍源按照式I化学式中的摩尔比(即1.2:0.54:0.13:0.13)分别溶于去离子水中，然后再将各自溶液混合，得到混合金属盐溶液。在本专利技术中，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。所述混合金属盐溶液中所有金属离子的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L。其中，锂源的溶液的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L；锰源的溶液的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L；钴源的溶液的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L；镍源的溶液的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：Li1.2Mn0.54‑xMoxCo0.13Ni0.13O2  式I；其中，0.05≤x≤0.5。

【技术特征摘要】
1.一种钼掺杂的富锂锰基正极材料，具有式I所示化学式：Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。2.一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；Li1.2Mn0.54-xMoxCo0.13Ni0.13O2式I；其中，0.05≤x≤0.5。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：何苗，冯叶锋，王成民，王润，周海亮，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44