[发明专利]钒系氧化物作镁二次电池正极材料的应用及其溶胶凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钒系氧化物的应用，属于镁二次电池领域，特别涉及钒系氧化物作镁二次电池正极材料的应用及溶胶凝胶制备所述钒系氧化物的方法。 

背景技术

镁二次电池是以镁为负极的可充电电池，它具有便宜、安全、环保、工作温度宽-20～80℃等优点，在大负荷用途方面有着潜在优势，是迄今为止最有希望用于电动汽车的“绿色蓄电池”。 

早在1990年，Gregory等首次证明了镁离子电池的可行性，拉开了镁二次电池研究的大幕；2000年Aurbach等在《Nature》杂志上报道的新型镁离子电池（Mg‖0.25mol/LMg(AlCl₂BuEt) ₂/THF‖MgxMo₃S₄）将其研发推向高潮。近十年来，世界各国开展了大量有关镁二次电池正极材料、电解液和负极材料的研究，取得丰硕的成果。从镁二次电池的研究成果来看，正极材料的选择已经成为镁二次电池产业化发展的关键。 

目前，镁二次电池正极材料主要以无机过渡金属化合物为主，包括氧化物、硫化物、硼化物、聚阴离子化合物、含硫有机导电物。现国内外对镁二次电池正极材料的研究主要集中在以下三类化合物：第一，层状和三维Cheverl相化合物，如MS₂（M=Ti或Mo）和M_xMo₆X₈(M=主族或过渡金属，X=S、Se或Te)；第二，层状过渡金属氧化物，如MoO₃、MnO₂、Co₃O₄、Mn₂O₃；第三，三维框架的氧化物，如尖晶石系列AM₂O₄(A=Mg、M为过渡族元素)、单斜晶系NASCION系列AXO_4n-(A=Mg、X=Si或P)或Todorokite（3×3）隧道结构。 

过渡金属氧化物被认为是高比能量密度的锂二次电池的理想正极材料，因为它们内部的金属-氧键使其具有高度的离子特性，使氧化物具有较高的氧化能力，并赋予电池高电压的特征。其中，最具有代表性的是钒系氧化物，目前，以钒系氧化物作镁离子电池正极材料主要有V₆O₁₃和MaV₃O₈。 

然而，目前尚未见到其他种类的钒系氧化物作为镁二次电池正极材料的研究报道，另外，不同方法制备的钒系氧化物的颗粒尺寸大小、尺寸分布、杂质含量、组织结构完整性都有较大区别，而这些因素对作为正极材料的性能都具有重要影响。因此，发展制备方法简易、电化学性能高的钒系氧化物具有非常重要的意义。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供钒系氧化物V₃O₇、VO₂/V₆O₁₃复合物、VO₂和V₂O₅的新用途，并 提供一种溶胶凝胶制备所述钒系氧化物的方法。 

本发明公开了钒系氧化物V₂O₅、V₃O₇、VO₂或VO₂/V₃O₁₆复合物作镁二次电池正极材料的应用。 

本发明还公开了溶胶凝胶制备所述钒系氧化物V₂O₅的方法，包括溶胶制备、烘干和升温煅烧步骤，所述溶胶由V₂O₅粉末溶解于H₂O₂冰浴水溶液制得，所述溶胶制备步骤中V₂O₅粉末、H₂O₂与水的质量比为1:25～40:70～85，所述升温煅烧步骤中煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为1-2h，煅烧气氛为空气。 

作为本方案的改进，制备所述钒系氧化物V₂O₅时，所述升温煅烧步骤中升温速率随温度变化；温度为室温～80℃时，升温速度为4-6℃/min，温度为80℃～200℃时，升温速度为0.8-1.2℃/min，温度为200℃～煅烧温度℃时，升温速度为4-6℃/min。