[发明专利]一种锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池因为具有较高的能量密度，较好的循环性能，无记忆效应及环境友好等优点被广泛地应用在日常的高端电子器件中。为了应对全世界范围内的能源危机，锂离子电池正在被考虑应用在电动汽车中。但是考虑到现有的正极材料，其容量都比较低，大约在140mAh/g，开发新的高容量的锂离子电池正极材料具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

五氧化二钒正极材料，由于其具有适合于容纳大量Li⁺离子的层状结构、具有较高的理论比容量、资源丰富、价格低廉等特点，而成为目前重点研究的新一代锂离子电池电极材料之一。但受其材料微观结构和形貌的影响，这类材料的实际比容量远低于理论值，且循环稳定性能较差，这使得五氧化二钒作为锂离子电池正极材料的商业化应用受到限制。材料微结构纳米化为解决上述不足提供了一条有效的途径，这是因为材料微结构纳米化，可以形成独特的形貌，获得高比表面积，极大地缩短Li⁺离子的扩散距离，提高电荷输运效率，从而显著地提高其电化学性能。

Liqiang Mai等人（Nano.Lett.,2010,10,4750-4755）以偏钒酸铵作为前驱体，采用静电纺丝技术合成了五氧化二钒纳米线，该材料以30mA/g的电流密度在2.0-4.0V的电压范围内充放电时，获得了275mAh/g的初始比容量，充放电循环50圈后，其放电比容量降为187mAh/g。Zhongli Wang等人（ChemPlusChem.,2012,77,124-128）以五氧化二钒粉末和过硫酸铵为原料，采用溶解-分裂的方法制备了五氧化二钒纳米片，该纳米片以300mA/g的电流密度在2.0-4.0V的电压范围内充放电时，其初始比容量为275mAh/g，循环50圈后为180mAh/g。See-How Ng等人（Phys.Chem.Chem.Phys.,2009,11,3748-3755）以三丙醇氧化钒溶于二甘醇中的溶液作为前驱液，采用火焰喷射热分解法合成了五氧化二钒纳米颗粒，该材料以50mA/g的电流密度在2.0-4.0V的电压范围内充放电时，其初始比容量达到300mAh/g，但50周循环后仅为135mAh/g。为了寻找绿色的五氧化二钒纳米材料的制备方法，有一些关于用水热法合成五氧化二钒纳米材料的报道。Guicun Li等人（J.Phys.Chem.B,2006,110,9383-9386）将五氧化二钒溶于双氧水后，在180℃水热反应48h制备了五氧化二钒纳米带。该材料在以0.2mA/cm²的电流密度在电压范围1.5-4.0V充放电时，首次放电比容量达到288mAh/g，但是循环6周之后，放电比容量降到191mAh/g。Tianyou Zhai等人（Adv.Mater.,2010,22,2547-2552）将五氧化二钒溶于双氧水后，在205℃水热反应4天，然后在400℃烧结1h，得到五氧化二钒纳米线。该材料在以50mA/g的电流密度在电压范围1.5-4.0V充放电时具有较高的初始比容量（351mAh/g），但是容量损失严重，循环20周后放电比容量只有175mAh/g。

前面介绍的五氧化二钒纳米材料作为锂离子电池正极材料，得到了较高的初始比容量，但其循环稳定性都比较差，且实验过程耗时较长，能量消耗较大，合成成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、绿色环保、制备的五氧化二钒纳米正极材料循环性能好，使用寿命长的锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法。

本发明一种锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法，是采用下述技术方案实现的：

将钒氧化物加入到质量分数为5-15%的双氧水溶液中，搅拌至钒氧化物全部溶解生成红色的过氧钒酸（HVO₄）溶液，室温下继续搅拌1-6h后，将混合溶液加热至40-90℃，干燥形成凝胶，将所述凝胶在空气中升温到250-500℃烧结，得到五氧化二钒纳米材料；所述钒氧化物的添加量按双氧水溶液体积每毫升添加0.01-0.05克。

本发明一种锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法中，所述钒氧化物选自VO、VO₂、V₂O₃、V₂O₅中的一种或多种。