异质结电极材料还原型三氧化钼、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种异质结电极材料还原型三氧化钼、制备方法及其应用。所述方法通过将α

【技术实现步骤摘要】
异质结电极材料还原型三氧化钼、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备
，涉及一种三相异质结电极材料MoO3/Mo9O
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/MoO2、制备方法及其在锂离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为能量存储设备，因其具有高能量密度和相对较长的使用寿命，在移动电子设备和电动汽车领域中有着较为突出的应用。然而，随着锂离子的嵌入/脱出，充放电过程往往会导致层间距的变化并伴随着相变过程，继而阻碍锂离子电池的长期应用。
[0003]三氧化钼(MoO3)由于其层状结构以及出色的两电子氧化还原能力而成为优秀的锂离子电池正极材料，其理论能量密度达930Wh/kg，相对于LiCoO2、LiFePO4(500
‑
600Wh/kg)具有更加明显的商业化优势，成为具有发展前景的锂离子电池的电极材料。然而，其较低的导电性和缓慢的反应动力学阻止了其广泛的应用。并且，α
‑
MoO3在首圈的放电过程中，在2.7V(vs.Li/Li
+
)左右会产生不可逆相变，从而导致有限的循环寿命。
[0004]为解决上述问题，传统的一种方法是通过预嵌金属阳离子的方式来改善电池前期的衰减问题，如预嵌K
+
，解决了首圈放电过程中的不可逆相变问题，并且扩展了层间距，从而有效提升了MoO3电池的电化学性能(Zhongliang Hu:Pre
‑
intercalation of potassium to improve the electrochemical performance of carbon
‑
coated MoO
3 cathode materials for lithium batteries)。另一种方法是通过在材料层间引入氧空位，氧空位的引入可以改善过渡金属氧化物的导电性，并且扩展材料的层间距，使得Li
+
能够更好地在层间嵌入/脱出，改善了α
‑
MoO3的结构以及反应动力学(Hyung
‑
Seok Kim:Oxygen vacancies enhance pseudocapacitive charge storage properties of MoO3‑
x
)。还有一种方法是通过形成MoO3和MoO2异质结提升电子电导率，并且异质结界面处可以形成内置驱动力，增强离子/电子的转移，适用于作为负极材料(Junnan Hao:Heterostructure Manipulation via in Situ Localized Phase Transformation for High
‑
Rate and Highly Durable Lithium Ion Storage)。然而，向整个电池系统中添加金属阳离子，会导致功率密度以及能量密度的下降，氧空位的引入的实现条件也较为苛刻，二氧化钼为主相的异质结材料不适用于电池正极。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种异质结电极材料还原型三氧化钼、制备方法及其在锂离子电池中的应用。所述方法通过一步水热制得α
‑
MoO3，再通过高温还原反应得到三相异质结电极材料MoO3/Mo9O
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/MoO2，提升电化学性能。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0007]异质结电极材料还原型三氧化钼的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将α
‑
MoO3粉末置于瓷舟中，然后将瓷舟置于管式炉中，在Ar
‑
H2的气体氛围中，于450℃～550℃进行高温还原处理，反应结束后，得到三相异质结电极材料MoO3/Mo9O
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/MoO2。
[0009]优选地，高温还原处理温度为500℃。
[0010]优选地，所述的Ar
‑
H2的气体氛围中，Ar：H2＝95％:5％。
[0011]优选地，高温还原处理的时间为4h。
[0012]本专利技术还提供上述制备方法制得的异质结电极材料还原型三氧化钼。
[0013]进一步地，本专利技术提供异质结电极材料还原型三氧化钼正极材料，通过将三相异质结电极材料MoO3/Mo9O
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/MoO2粉末、导电剂和粘结剂混合，通过湿膜制备工艺制得。
[0014]优选地，MoO3/Mo9O
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/MoO2粉末、导电剂、粘结剂的质量比为7:2:1。
[0015]本专利技术中，所述的导电剂为本领域常规使用的导电剂，例如Super
‑
P等。
[0016]本专利技术中，所述的粘结剂为本领域常规使用的粘结剂，例如聚偏氟乙烯等。
[0017]更进一步地，本专利技术提供上述异质结电极材料还原型三氧化钼正极材料在锂离子电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0019]本专利技术在高容量α
‑
MoO3电极材料的基础上，通过高温还原反应使材料形成多相异质结，还原过程中在MoO3表面形成了壳层，从而稳定了材料的结构，并且产生了氧空位扩展了MoO3材料(0k0)晶面的层间距，使得在电池充放电过程中Li
+
能够更好的嵌入/脱出材料，同时由于异质结之间不均匀的电荷分布能够形成内置电场产生内置驱动力提升电荷转移能力，由此改善了前期容量大幅衰减的问题，提高材料的可逆容量、倍率性能以及循环稳定性。
附图说明
[0020]图1是对比例2制备的α
‑
MoO3粉末的XRD图。
[0021]图2是对比例2制备的α
‑
MoO3粉末的SEM图。
[0022]图3是对比例2制备的α
‑
MoO3粉末的TEM图。
[0023]图4是实施例1制备的三相异质结MoO3/Mo9O
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/MoO2粉末的XRD图。
[0024]图5是实施例1制备的三相异质结MoO3/Mo9O
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/MoO2粉末的SEM图。
[0025]图6是实施例1制备的三相异质结MoO3/Mo9O
26
/MoO2粉末的TEM图。
[0026]图7是实施例2制备的450℃还原α
‑
MoO3粉末的XRD图。
[0027]图8是实施例2制备的450℃还原α
‑
MoO3粉末的SEM图。
[0028]图9是实施例3制备的550℃还原α
‑
MoO3粉末的XRD图。
[0029]图10是实施例3制备的550℃还原α
‑
MoO3粉末的SEM图。
[0030]图11是对比例2制备的α
‑
MoO3电极材料在1.5
‑
3.5V电位区间200mA/g电流密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.异质结电极材料还原型三氧化钼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将α
‑
MoO3粉末置于瓷舟中，然后将瓷舟置于管式炉中，在Ar
‑
H2的气体氛围中，于450℃～550℃进行高温还原处理，反应结束后，得到三相异质结电极材料MoO3/Mo9O
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/MoO2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，高温还原处理温度为500℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的Ar
‑
H2的气体氛围中，Ar：H2＝95％:5％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，高温还原处理的时间为4h。5.根据权利要求1至4任一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐璟，贾春，陈滢滢，崔梦林，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：