[发明专利]一种高镍四元锂离子电池材料Li-Ni-Co-Mn-Mo-O及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高镍四元锂离子电池材料Li‑Ni‑Co‑Mn‑Mo‑O及其制备方法，分子式为LiNi_0.6Co_0.15Mo_0.2Mo_0.05O₂时，在高的截止电压下(4.6V)，1C(1C＝170mA/g)循环100次后，不仅有较高的容量保持率，并且在5C的电流密度下进行充放电，仍有较好的放电比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种高镍四元锂离子电池材料Li-Ni-Co-Mn-Mo-O及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子产品使用范围的日益增大，特别是新能源动力电动车电池系统对高功率、高能量以及高可靠性电池的需求，促使人们不断寻求性能更为优越的电池系统。由于高的镍含量增加了材料的能量密度，较少的钴和锰占比降低了材料的成本，使得高镍三元正极材料(特别是LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)成为未来动力电池、大型电池、储能电池的主流材料之一。但是LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂材料循环稳定性和倍率性能相对较差(尤其在较高截止电压下)，且较高的Co含量增加了其成本，这种固有缺陷限制了其进一步的发展与应用。

目前研究表明元素的掺杂能明显改善其上述问题。Xue等通过固相法将0.7％的Mo掺杂进入LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂晶体结构中去，电化学结果表明，由于Mo的掺杂扩大了材料的锂间距、稳定了材料层状结构、抑制了电极极化，因此提高了材料的循环及倍率性能。以1C的电流密度循环100次后任然有着82.96％的容量保持率、在8C电流密度下有着159.9mAh/g的放电比容量(Journal of Alloys and Compounds 748(2018)561-568)。Konishi等通过直接高温固相法用4％Mo替换Mn进入材料晶格中，结果表明Mo的掺杂能抑制材料从尖晶石向岩岩结构的转变，并能减少烧结过程中晶格氧的溢出，但是这种方法所得到的材料均一性得不到保证(Journal of Power Sources 244(2013)23-28)。Li等研究结构表明1％Mo的掺杂能明显减小LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料的阳离子混排、提高材料锂离子扩散系数，因此其循环及倍率性能得到明显改善(Ceramics International 43(2017)3483–3488)。

但是，虽然少量的掺杂能局部的提高了材料的性能，但效果还是不太明显，并且也不利于今后的规模化生产及应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的电池材料在高截止电压下的循环以及倍率性较差，不利于长期规模化的使用，目的在于提供一种高镍四元锂离子电池材料Li-Ni-Co-Mn-Mo-O及其制备方法，解决电池材料的使用问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高镍四元锂离子电池材料Li-Ni-Co-Mn-Mo-O及其制备方法，该电池材料的分子式为：LiNi_xCo_yMn_zMo_dO₂，该材料为球形结构。

进一步的，金属元素钼具有较强的金属键能(Mo-O：607.1kJ/mol；Ni-O：391kJ/mol；Co-O：368kJ/mol；Mn-O：402kJ/mol)，此外钼离子还具有较大的离子半径因此本材料通过将钼代替一部分钴以第四组元均匀引入形成新的四元正极材料(Li-Ni-Co-Mn-Mo-O)的方式，可以提高材料稳定性，降低锂离子扩散阻力，进而抑制材料在高电压下的不可逆相变，提高材料循环稳定性能与倍率性能。