[发明专利]一种原位掺杂型纳米钼基材料、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种原位掺杂型纳米钼基材料、制备方法及用途，属于锂离子电池制备领域，以1,6‑双(三氮唑)己烷、七钼酸铵、氯化锰、氯化锶和磷酸为起始原料，通过中温水热一釜合成方法合成了锰取代的有机‑无机杂化的磷钼酸盐材料。以这种修饰的磷钼酸盐衍生物为前驱体，在氮气环境中经过高温灼烧成功制得了多孔的掺杂型纳米钼基复合材料。多种元素的原位掺杂，改善了材料表面的活性和稳定性，从根本上提高了电化学性能。此外，前驱体法形成的珊瑚形多孔的纳米结构实现了对钼基材料形貌、粒径分布、比表面积和振实密度的调控，进而提高了锂离子电池性能。在500mA/g大电流密度下循环300次，锂离子电容电池的可逆容量仍高于95％。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种原位掺杂型纳米钼基材料、制备方法及用途。

背景技术

锂离子电池作为新一代清洁能源，具有体积小、储存能量大、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应等显著优点，在智能手机、笔记本电脑、数码照相机、电子手表等领域得到广泛的应用。

电极材料作为锂离子电池的关键部分，成本占据整个电池的50％以上。目前对商用的锂离子电池而言，石墨是常用的负极材料，但是石墨的能量密度和功率密度偏低，其较低的嵌锂电位也容易出现安全问题，因此发展一种高能量密度，高嵌锂电位的负极材料是十分必要的。相对于石墨而言，过渡金属氧化物、锡基、硅基负极材料，由于其高比容量，高电位以及丰富的储量近年来引起人们的广泛关注。但是这些负极材料在脱嵌锂时体积将会发生大的膨胀和收缩，大的体积变化会导致颗粒内部的应力变化而造成颗粒破裂和粉化，活性物质从集流体上剥落，活性物质之间以及活性物质与集流体之间失去电接触而造成容量衰减。因为电极材料的体积膨胀，使其在电解液中无法产生稳定的固体电解质界面膜(Solide Electrolyte Interface,SEI)，循环过程中不断消耗电解液形成新的SEI层导致电极低的可逆容量和差的循环稳定性。为此人们采用了多种策略对此类负极材料的电化学性能进行改善：(1)通过纳米化结构设计来获得更多空间，以缓冲体积膨胀带来的应力。比如：中空结构、多孔结构、蛋壳结构等。(2)通过与其他柔性的材料复合来缓冲应力，比如与碳、石墨烯、碳纳米管等构建复合物。本文将结合这一领域近几年的研究进展，对这类体积膨胀型锂电池负极材料的结构设计和制备策略进行阐述。(3)通过掺杂和表面包覆对现有材料进行修饰和改性，利用多种导电材料的协同作用，制备具有无定形或多孔结构的多元复合材料。但目前的策略只能通过改变其形貌和粒径分布来达到改善材料电化学性能的目的，很难控制包覆和掺杂的量，以及表面的均匀程度，从根本上调控和提高电极材料的相容性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种原位掺杂型纳米钼基材料、制备方法及用途。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种原位掺杂型纳米钼基材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、以1,6-双(三氮唑)己烷、七钼酸铵、氯化锰、氯化锶和磷酸为起始原料，以水作为溶剂，进行混合并搅拌60min，调节pH值为3～4，得到混合液，其中，所述1,6-双(三氮唑)己烷、七钼酸铵、氯化锰、氯化锶、磷酸和水的摩尔比为1:2:4:3:30:2000～2500；

S2、将S1得到的混合液转移到反应釜中，于160℃下反应4～6天，反应结束后，自然冷却至室温，得到深蓝色多酸前驱体；

S3、将S2中得到的前驱体经洗涤、过滤、干燥，并于管式炉中在惰性气体保护下，于600～700℃煅烧6～8h，煅烧结束后，自然冷却至室温得煅烧产物，然后将煅烧产物研磨30～50min，过400目筛，得到原位掺杂型纳米钼基锂离子电池负极材料。

本发明的特点还在于，S3中的惰性气体为N₂。

本发明的另一技术方案是提供一种上述方法制备得到的原位掺杂型纳米钼基材料。