[发明专利]一种纳米花瓣状的镍钴钼三元金属硫化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米花瓣状的镍钴钼三元金属硫化物及其制备方法和应用，其如下步骤：将四水合钼酸铵、六水硝酸镍和六水硝酸钴溶于去离子水中，完全溶解均匀后，再加入硫粉并使其完全分散呈现均匀的胶体溶液；在胶体溶液中加入水合肼并充分地搅拌，随后转移到烘箱中进行溶剂热反应；将溶剂热反应的产物依次经醇洗、水洗交替清洗后干燥，然后转移到高温管式炉中进行高温处理，最终获得纳米花瓣状的三元金属硫化物材料。本发明通过调控材料形貌及硫元素的掺杂过程来大幅度地提高金属材料的容量，解决单质硫作为锂离子电池正极材料副反应过多、结构不稳定以及导电性差问题，从而有望大幅度提高材料的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种纳米花瓣状的镍钴钼三元金属硫化物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，为了应对日益严重的能源枯竭以及由此带来的环境污染和温室效应问题，各国都在积极开展研究新型能源及转换方式，其中关于锂离子电池的研究备受瞩目，如移动电源，电动汽车EV等。目前制约锂离子电池规模化发展的瓶颈主要有三：第一是锂电池的成本，目前锂离子电池组的制造成本约900～1000美元/ kWh，远高于商用化要求的300美元/kWh，需大幅降低；第二是锂电池的循环寿命和搁置寿命，电池性能的衰减，增加其更换需求；第三是锂电池的安全性。但究其根本，决定锂离子动力电池成本和性能的关键在于材料，锂离子动力电池的材料决定了电动汽车的发展路线和运行模式。因此，突破锂离子动力电池的瓶颈问题，关键在于材料问题的解决。

目前商业化的锂离子电池目前主要采用 LiCoO₂和LiFeO₂作为正极材料，但存在生产成本高，容量低及安全性差等问题。LiNi_xCo_yMn_zO₂三元正极材料具有良好的循环性能，高安全性及低成本等特点，使得成为近年来最受关注的锂离子电池正极材料。而三元金属硫化物通过引入适量的硫元素，可以提高整体材料的容量，因此可以大幅度提高电池的能量密度，降低其制造成本，具有明显的应用价值。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种纳米花瓣状的镍钴钼三元金属硫化物及其制备方法和应用。本发明通过掺杂硫元素提高材料的理论容量，同时提高镍元素的含量来扩大材料的电位窗口，从而提高电池的容量及能量密度。

一种纳米花瓣状的镍钴钼三元金属硫化物的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将四水合钼酸铵、六水硝酸镍和六水硝酸钴溶于去离子水中，完全溶解均匀后，再加入硫粉并使其完全分散呈现均匀的胶体溶液；

S2、在胶体溶液中加入水合肼并充分地搅拌，随后转移到烘箱中进行溶剂热反应；

S3、将溶剂热反应的产物依次经醇洗、水洗交替清洗后干燥，然后转移到高温管式炉中进行高温处理，最终获得纳米花瓣状的三元金属硫化物材料。

进一步方案，步骤S1中的加入硫粉后通过持续的超声分散、搅拌及升温的方式使其完全分散，所述超声分散的时间为0.5-1h，搅拌的时间为0.5-3h，升温至50-100℃。

进一步方案，步骤S1中四水合钼酸铵、六水硝酸镍和六水硝酸钴的质量比为1-3：0.5-1.5：0.2-1.1；所述四水合钼酸铵和去离子水的质量体积比（g/ml）为1-3：10-40；所述四水合钼酸铵和硫粉的质量比为1-3：0.2-1.1。

进一步方案，步骤S2中在胶体溶液中加入水合肼并充分地搅拌至混合溶液的颜色由淡黄色转变为完全的橙红色为止，然后将其转移到烘箱中进行溶剂热反应；所述水合肼和去离子水的体积比为5-20:10-40。

进一步方案，步骤S2中溶剂热反应的温度为80-240℃、时间为10-40h；所述烘箱的内胆材料为聚四氟乙烯。