[发明专利]五氧化二钒正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料及化工合成领域，更具体地说，本发明涉及一种五氧化二钒正极材料及其制备方法。

背景技术

LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄等作为锂离子电池的正极材料受到了产业界的广泛关注并进行了大量的研究，钒系材料的研究却一直较为缺乏。其实，在众多的钒化合物中，五氧化二钒的能量密度高、价格低廉，具有研发的潜质，只是目前市售的V₂O₅多是由单纯的固相法制得，其作为锂离子电池正极材料不仅克容量低，而且循环性能欠佳。

近年来，有多位学者对V₂O₅进行了研究，有人曾通过干燥溶胶的工艺得到了球形V₂O₅，使其堆积密度得到了提高，但是却未能提供其作为电极材料所需的循环性能和倍率性能；也有人通过高温水热法以长链胺和碳纳米管为模板制备了纳米粒状的V₂O₅，使其倍率性能与循环性能均得到了较大地提高，但是仍存在以下问题：首先，钒氧化合物对长链胺和碳纳米管的附着能力很差，导致烧结得到的产品会出现部分是纳米颗粒、部分是块状的品质问题，这会使V₂O₅的倍率性能大打折扣；其次，制备过程需要通过浓硫酸和浓硝酸对碳纳米管进行较长时间的水热处理，并进行繁琐的洗涤，这些都给实际量产带来了困难；再者，众所周知，水热法对制造设备和条件要求苛刻，碳纳米管价格较高，这些都会大幅度的增加生产成本。

有鉴于此，确有必要提供一种性能优异且便于量产的五氧化二钒正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种性能优异且便于量产的五氧化二钒正极材料及其制备方法，以克服现有五氧化二钒材料的不足。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种五氧化二钒正极材料，其主体由尺寸为100～150nm的V₂O₅纳米粒组成，且内部具有1～2微米宽的肺泡形孔结构，材料的比表面积为50～70m²/g。

作为本发明五氧化二钒正极材料的一种改进，所述五氧化二钒正极材料是以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)高压静电纺丝为模板、采用温和工艺条件制得的。

与现有技术相比，本发明五氧化二钒正极材料中的肺泡形孔结构为电解液的浸润渗透提供了多离子通道，因此具有倍率性能高、循环能力强的特点。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种五氧化二钒正极材料的制备方法，其是将PMMA纺丝浸入钒氧化合物中间体溶液中形成前驱体，之后煅烧前驱体生成V₂O₅，同时PMMA分解而在V₂O₅中产生离子通道，形成肺泡形孔结构的V₂O₅。

作为本发明五氧化二钒正极材料制备方法的一种改进，其包括以下步骤：

1)制备钒氧化合物中间体溶液和PMMA高压静电纺丝；

2)将PMMA高压静电纺丝浸入钒氧化合物中间体溶液中充分浸润；

3)将步骤2)中所得样品在50～85℃水浴中蒸发溶剂，得到煅烧前驱体；

4)将步骤3)中所得煅烧前驱体在300～550℃温度下煅烧1～5小时，自然冷却后得到五氧化二钒正极材料。

作为本发明五氧化二钒正极材料制备方法的一种改进，所述步骤1)中制备钒氧化合物中间体溶液的过程为：将草酸加入溶剂中，在30～60℃下搅拌溶解，配制成0.05～1mol/L的草酸溶液；称取一定量的偏钒酸铵粉末，并缓慢加入草酸溶液中，在50～85℃下搅拌1～4小时，得到钒氧化合物中间体溶液。

作为本发明五氧化二钒正极材料制备方法的一种改进，配制草酸溶液的溶剂选自蒸馏水、乙醇。

作为本发明五氧化二钒正极材料制备方法的一种改进，所述步骤1)中制备PMMA高压静电纺丝的过程为：将PMMA颗粒放入溶剂中，搅拌3～5小时，配制成浓度为0.05～3g/L的PMMA大分子溶液；采用高压静电纺丝技术对PMMA大分子溶液进行纺丝，电压在10～30kV，接受板与针头间距为5～25cm，得到纤维状PMMA高压静电纺丝。

作为本发明五氧化二钒正极材料制备方法的一种改进，配制PMMA大分子溶液的溶剂选自二甲亚砜、NMP、丙酮、乙醇。