[发明专利]一种金属铌掺杂的纤维状钒酸锂材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种金属铌掺杂的纤维状钒酸锂材料及其制备方法、应用，所述方法包括：用溶胶凝胶法制备铌掺杂钒酸锂前驱体材料和PVP溶液，然后将所述铌掺杂钒酸锂前驱体材料与PVP溶液混合制得静电纺丝液，最后将所述静电纺丝液乘装在静电纺丝装置中进行静电纺丝，制得金属铌掺杂的纤维状钒酸锂材料LiV_3‑xNb_xO₈，其中，0x0.2。本发明提供的方法解决了钒酸锂材料粒径尺寸过大的同时有效提升了容量、循环性能，并且所述纤维状结构LiV_3‑xNb_xO₈材料在高电流密度的循环过程中也表现出了优良的性能。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种金属铌掺杂的纤维状钒酸锂材料及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池是一种新型的高能量绿色电池，是在二次锂电池的基础上发展起来的，它首先是由索尼公司在1990年研制成功并实现商品化。近年来，锂离子电池的使用领域日益广阔，大到汽车制造，小到数码产品，处处都可以看到锂离子电池大显身手。锂离子电池的最主要组成部分为正、负极材料，这两种材料决定了电池最终的性能优劣。为了提升锂离子电池的性能，研究人员对各种正、负极材料进行了深入地研究。现阶段，锂离子电池的需求日益广泛，研究能量密度高，安全性好，循环性能优秀的电池材料成为了大家关注的焦点。

目前市场上常见的锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂（LiCoO₂），锰酸锂（LiMnO₂），镍酸锂（LiNiO₂），磷酸铁锂（LiFePO₄）等。其中，LiCoO₂具有平均电压高、充放电平台稳定等优点，但钴资源有限、价格十分昂贵、而且不够环保，这使得大家不得不开始开发其它材料。镍与钴的性质相近，LiNiO₂材料理论比容量高（275 mAh·g^-1）、功率较大、价格适中。但是在一般情况下，镍较难氧化为+4价，易生成缺锂的材料，使得制备材料时的成本大量增加了。锰系正极材料研究较多的是尖晶石结构的锰酸锂（LiMn₂O₄）。锰资源非常丰富、环境友好、价格低 ，制备简单。具有电位高，容量大等特点，然而，LiMn₂O₄的循环性能和储Li能力不佳，使得实际应用中困难重重。

而钒系正极材料具有成本低（价格约为钴的1/20）、环境友好、比容量大、循环性能优等优点，这使得钒酸锂材料十分适合作为一种新型的锂离子电池材料，我国的钒矿资源与生产能力在全世界排列前列，资源丰富。但是目前钒及其化合物材料主要应用于钢铁及催化剂等领域，经济附加值较低，而利用钒作为钒系正极材料研究便使得该材料具有广泛的发展前景。对于钒系正极材料而言，研究主要集中于V₂O₅、 LiV₃O₈、Li₃VO₄ 这三种材料。其中LiV₃O₈正极材料拥有良好的电化学性能和能量密度，LiV₃O₈材料的理论容量(400 mAh·g^-1)远高于LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂等材料，它是典型的单斜晶系层状结构，有利于锂离子更好的嵌入与脱出。拥有多个放电平台以及不错的电压区间使它的应用更为广泛。但是传统的溶胶凝胶法制备的材料粒径很大（约20um），过大的粒径妨碍了锂离子的脱嵌，使得循环性能不佳；并且与电解液的接触不良也影响了材料应有的循环容量。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属铌掺杂的纤维状钒酸锂材料及其制备方法、应用，旨在解决现有的钒酸锂材料循环性能差、电容量较低的问题。

本发明的技术方案如下：