[发明专利]一种氧化硅和三氧化钼复合正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种氧化硅和三氧化钼复合正极材料的制备方法。本发明通过将氧化硅以嵌入在三氧化钼结构中的方式与三氧化钼复合，不是包覆在三氧化钼的表面，以避免具有较差导电性能的氧化硅包覆对三氧化钼材料的导电性能产生负面影响，并能够通过氧化硅与电解液中氟化物的反应，降低电解液对三氧化钼的腐蚀。氧化硅与三氧化钼材料复合后，因其硅氧键较高的结构稳定性，能够缓解由于充放电过程导致的体积变化剧烈的问题，因此可以提升三氧化钼材料的结构稳定性，从而有利于材料倍率性能和循环稳定性的提升。并且采用的氧化硅材料，具有低成本、无毒、环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种氧化硅和三氧化钼复合正极材料的制备方法。

背景技术

钼元素(Mo)在锂离子电池电极材料性能的优化提升过程中时常扮演着重要的角色，并且主要应用于锂电池正极材料的掺杂改性性能提升方面。例如，将Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂与LiOH·H₂O和MoO₃置于高压釜中在175℃加热搅拌反应4h，其中Mo/(Ni+Co+Mn+Mo)摩尔比为0至0.02。所得产物离心分离洗涤后在120℃干燥过夜，所得粉末在500℃预加热6h后，在900℃煅烧12h，即可得最终的电极材料Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_1-xMo_xO₂(x＝0至0.02)。Mo含量为1％时，样品在3.0-4.3V，0.5C时的初始放电容量可达152mAh/g，50次循环后容量保持率为97.0％，样品在8C下的容量为125.5mAh/g。并且CV和EIS测试结果表明，与不掺杂Mo的样品相比，掺杂Mo的样品呈现更低的电位极化，更小的阻抗参数和更大的Li⁺扩散系数。这可能是由于Mo⁶⁺具有较高的电导率、高价态和电负性。

氧化钼也可以通过与其他材料共同包覆于正极材料中，来改善电极材料的性能。例如，可以通过简单的溶胶凝胶法将MoO₂和碳材料同时包覆在Li₂MnSiO₄阴极材料上。首先将Li:Mn:Si摩尔比为2:1:1的LiCH₃COO·2H₂O,Mn(CH₃COO)₂·4H₂O和Si(OC₂H₅)₄(TEOS)溶解在乙醇和水体积比为2:1的混合液中，搅拌过程中加入醋酸作为反应催化剂。随后，在搅拌过程中分别加入蔗糖和钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O。然后将透明溶液在80℃油浴下蒸发形成凝胶，随后在120℃真空干燥一天。所得产物在400℃预加热4h后，然后在650℃的N₂/H₂(V:V＝95:5)气氛中煅烧6h。冷却至室温后，即可得MoO₂含量为1wt％至5wt％的Li₂MnSiO₄/C。在0.1C时，所得产物的放电比容量可达184.9mAh/g；即使在1C时，其放电比容量仍可达127.5mAh/g。Li₂MnSiO₄倍率性能的提升可以归因于MoO₂和碳材料的共包覆，抑制了电极材料表面电解液的分解，减少了电极材料表面Mn离子的溶解，从而缓解了材料结构的崩溃。