[发明专利]钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料的制备方法

说明书

本发明公开了钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄‑壳结构材料及其制备方法和应用，制备方法，采用溶剂热法将镍盐、钴盐、钼盐制备成含有Ni、Co、Mo的前驱体，将前驱体升温至490～510℃进行煅烧获得钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄‑壳结构材料。Mo掺杂到NiCo₂O₄晶格，使Mo取代NiCo₂O₄中的部分Co³⁺，多孔蛋黄‑壳结构由外壳包裹蛋黄内核形成，外壳直径为纳米级，外壳厚度与蛋黄内核半径之和小于多孔蛋黄‑壳结构的半径，蛋黄内核为多孔颗粒。本发明制备方法仅通过两步法即可制备钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄‑壳结构材料。制备的钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄‑壳结构材料作为锂离子电池负极材料具有更优的电化学性能。

技术领域

本发明属于无机材料合成技术领域，涉及钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂离子电池由于能量密度高、使用寿命长、环境友好等特点，已成为便携式电子设备、电动汽车、固定存储系统中的重要组成。金属氧化物具有较高的理论容量、广泛的可用性和安全性等显著优点，表现出了作为下一代高性能锂离子电池负极材料的巨大潜力。然而金属氧化物作为锂离子电池负极材料仍有需要亟待解决的问题，锂化后体积膨胀引起的循环稳定性降低限制了金属氧化物的发展。

为了解决金属氧化物作为负极材料所产生的问题，近年来人们做了大量的工作。结构调控制备蛋黄壳结构成为解决充放电体积膨胀的有效途径之一。但是，据发明人研究了解，目前合成蛋黄壳的方法主要集中在硬模板，并且合成过程繁琐复杂，不易合成。

同时，发明人研究发现，钴酸镍作为双金属氧化物的化学组成较为简单，不易形成缺陷位点，从而导致钴酸镍在作为锂离子电池负极材料中的电化学性能有待提升。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料及其制备方法和应用，制备方法仅通过两步法即可制备钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料，过程简单、安全，能耗低，可操作性强。制备的钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料作为锂离子电池负极材料具有更优的电化学性能。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一方面，一种钼掺杂钴酸镍多孔蛋黄-壳结构材料，Mo掺杂到NiCo₂O₄晶格，使Mo取代NiCo₂O₄中的部分Co³⁺，多孔蛋黄-壳结构由外壳包裹蛋黄内核形成，外壳直径为纳米级，外壳厚度与蛋黄内核半径之和小于多孔蛋黄-壳结构的半径，所述蛋黄内核为多孔颗粒。

本发明采用Mo掺杂到NiCo₂O₄晶格中，部分取代Co³⁺，掺杂至NiCo₂O₄晶格形成三金属氧化物，不仅使得材料的化学元素组成复杂，而且由于Mo具有的多种氧化态，使得掺杂后的材料的离子组成更为复杂，形成了丰富的缺陷位点，同时Ni、Co、Mo协同作用，从而使得Mo掺杂到NiCo₂O₄的材料具有优异的电化学性能。其次，蛋黄壳结构，既可以增大比表面积，使电极与电解液的接触面积增大；又可以提供额外的空隙，协同材料形成的丰富的缺陷位点，更有利于Li⁺嵌入/脱出，而且能够有效的减轻Li⁺嵌入/脱出过程中的体积变化和机械应变。第三，蛋黄内核为多孔颗粒，有利于电解液的渗透，使电子离子能够更好的与蛋黄内核内部的缺陷位点进行配合，从而能够加速电子离子传输。