[发明专利]钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料领域，具体提供一种钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料及其制备方法，用以提升无钴富锂锰基正极材料的首次库伦效率、循环稳定性。本发明中正极材料的化学通式为：Li(Li_0.2M_0.8‑xMo_x)O_2‑yS_y，其中，0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，M为Ni和Mn；本发明将二硫化钼用于无钴富锂锰基正极材料掺杂改性得到钼、硫共掺杂改性无钴富锂锰基正极材料，通过钼、硫元素对材料中的过渡金属元素、氧元素的取代，能够增加Li⁺扩散的层间距和有效改善Li⁺脱嵌过程中的结构变化，提高了材料的首次库伦效率和循环稳定性；并且，采用二硫化钼一种化合物掺杂钼、硫两种元素，不易引入其他杂质，制备工艺简单且成本低。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体提供一种钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的快速增长，各国对储能器件功率密度和能量密度的要求不断提高；而锂离子电池具有能量密度较高、使用寿命较长等优点，是理想的储能器件。目前，商业化锂离子电池正极材料的放电比容量均低于200mAh·g^-1，而商业化负极中应用最为广泛的石墨-碳材料实际可逆比容量超过350mAh·g^-1，性能高于正极材料；此外，正极材料在单体电池构成成本中占比超过40％，高于负极材料的15％；因此，目前锂离子电池体系的能量密度和成本主要受限于正极材料，新型正极材料的开发是研究工作中的重点。

Co资源的稀缺和具有毒性推进了正极材料的低钴化发展，因而无钴富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M为Mn、Ni等中一种或多种)受到关注；因其具有较高的放电比容量(≥250·mAh g^-1)、较低的成本和较好的安全性等优点而引起了广泛的关注。然而，目前由于其存在的诸多缺陷如首次充放电库伦效率低，倍率性能较差，长循环电压衰减等问题限制了它的应用。为了改善无钴富锂锰基正极材料的电化学性能，有研究人员提出纳米化，元素掺杂，表面包覆等改性方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料及其制备方法，用以提升无钴富锂锰基正极材料的首次库伦效率、循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学通式为：Li(Li_0.2M_0.8-xMo_x)O_2-yS_y，其中，0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，M为Ni和Mn。

上述钼与硫共掺杂的改性无钴富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：利用溶胶-凝胶法制备无钴富锂锰基正极材料的过渡金属盐前驱体；

步骤2：将步骤1中得到的过渡金属盐前驱体进行煅烧处理，得到无钴富锂锰基正极材料；

步骤3：将步骤2中得到的无钴富锂锰基正极材料与二硫化钼粉末混合球磨，得到钼、硫共掺杂改性无钴富锂锰基正极材料前驱体；

步骤4：将步骤3中得到的钼、硫共掺杂改性无钴富锂锰基正极材料前驱体进行煅烧处理，即得到所述钼、硫共掺杂改性无钴富锂锰基正极材料。

上述制备方法，优选的，利用溶胶-凝胶法制备无钴富锂锰基正极材料的过渡金属盐前驱体具体包括以下步骤：

步骤1-1：将过渡金属盐和锂盐溶解得到混合盐溶液，将络合剂溶解得到络合剂溶液；