[发明专利]一种多孔结构钒酸铵材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备领域，涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种多孔结构钒酸铵材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性好和绿色环保等优点，具有广泛的应用前景，被认为是市场上最具有发展潜力的储能材料。

NH₄V₃O₈是一种新型嵌锂材料，它具有层状结构，属于单斜晶系，P2₁/m空间群。在NH₄V₃O₈结构中，V₃O₈^-层沿着c轴紧密连接起来，NH₄⁺则处于其层间，稳定其结构。具有较大半径的NH₄⁺不仅可以有效增大材料的层间距，为锂离子的快速传输提供条件，还可以形成分子内氢键，稳定材料的结构，进而可以提高材料的循环稳定性。多孔材料比表面积较大，在用作锂离子电池材料时，不仅可以有效增加电极材料与电解液的接触面积，还可以促进锂离子脱嵌，可显著改善材料的电化学性能。

目前制备NH₄V₃O₈材料的方法主要有沉淀法和水热法。Heai-KuPark等以V₂O₅和urea为原料，采用沉淀法制备了直径约为60nm的NH₄V₃O₈纳米棒。在10mA/g的电流密度和1.8-4.0V的电压范围内，其初始放电容量可达到210mAh/g[Heai-KuPark,Guntae Kin.Ammonium hexavanadate nanorods prepared by homogeneous precipitation using urea as cathodes for lithium batteries[J].Solid State Ionics,2010,181:311-314.]。Haiyan Wang等以NH4VO3为原料，以十二烷基磺酸钠（SDS）作为表面活性剂，130℃水热处理48h，然后在空气气氛中280℃热处理4h，制得了厚度约为150nm的片状NH₄V₃O₈·0.2H₂O，在15mA/g的电流密度和1.8-4.0V的电压范围内，其初始放电容量为225.9mAh/g，经30次循环后容量保持在209.4mAh/g[Haiyan Wang,Kelong Huang,Suqin Liu,et al.Electrochemical property of NH₄V₃O₈·0.2H₂O flakes prepared by surfactant assisted hydrothermal method[J].Journal of Power Source,2011,196：788-792.]。韩园园等通过将偏钒酸铵酸性溶液在180℃水热处理12h，制得了直径约为100-150nm、长达数十微米的NH₄V₃O₈纳米线[韩园园，朱伟琼，李容等。NH₄V₃O₈纳米线的水热合成及超级电容器性能[J].应用化工，2013,42(1)：12-14.]。

上述沉淀法合成钒酸铵需要先制得凝胶，然后与尿素的混合液在80℃回流一周，存在反应过程不易控制、反应周期长、有副反应发生等缺点，水热法合成NH₄V₃O₈需要表面活性剂，且存在反应温度相对较高、反应时间较长的缺点，所以寻找一种简单、快速、易控的合成NH₄V₃O₈的方法，对高性能锂离子电池正极材料的研究和开发具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺操作简单、制备温度低、反应周期短、所得粉体化学组成均一、晶体形貌规则的多孔结构钒酸铵材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：