[发明专利]纳米结构锂电正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米结构锂电正极材料及其制备方法。所述纳米结构锂电正极材料由二维V2O5纳米片、零维Ag纳米粒子和一维纳米TiO2共掺杂而成，Ag、TiO2与V2O5的重量比为5～10:10～20:100。本发明采用一种基于范德华力的液相自组装方法，将一维纳米TiO2和Ag纳米粒子巧妙而简洁地组装到V2O5纳米片表面。该自组装方法具有低成本、高效节能的特点，并且能够精确地控制纳米棒和纳米粒子的负载密度与分布。本发明采用基于范德华力的液相自组装方法因为不引入外来的交联剂，相比利用络合作用制备复合材料的方法，具有低成本和温和的优点。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种V2O5纳米片一维纳米TiO2-Ag纳米粒子纳米结构锂电正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已经成为便携式电子设备、电动工具和电动车的主要驱动电源之一。随着这些电器的蓬勃发展，对锂离子电池的电化学性能也提出了越来越高的要求。近些年在电极材料的比容量方面，锂离子电池负极材料已经取得了长足的进步，然而正极一直没有大的突破，成为锂离子电池发展的瓶颈。目前商用的正极LiCoO2比容量为140mAhg-1，LiMn2O4约为150mAhg-1，LiFePO4接近170mAhg-1，都远低于负极。因此发展具有高比容量、倍率性能和长寿命的新型正极具有重要意义。

在目前备选正极材料中，V2O5由于具有超高的理论比容量(440mAhg-1)、丰富的含量和较低的价格，成为一种极富潜力的明星正极材料。体相V2O5具有低的扩散系数(～10-12cm2s-1)，表现出差的倍率性能和循环稳定性。因此为了提高其动力学性能，V2O5往往被合成为各种结构的纳米材料，比如纳米球、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米纤维、纳米片等，以增大电活性面积、缩短锂离子扩散路径，并减小循环过程中产生的应力。然而即使如此，纳米结构的V2O5还存在两个缺陷：低的电导率(10-2～10-3Scm-1)和强的团聚趋势，会不可避免地导致容量衰减。

近来，科学家采用在V2O5组织中掺杂次相氧化物的方式以避免V2O5纳米材料的团聚，保存其电活性表面。然而这种杂化策略没有改善其差的电导率，这给其实际应用带来了巨大障碍。另外不同的导电剂，比如无定形碳、碳纳米管、还原氧化石墨烯(r-GO)、导电聚合物等，也被用来与V2O5复合以提高其电导率。与这些碳材料或者聚合物相比，金属掺杂由于具有更高的电子电导率和更好的导电弹性，而独富魅力。

然而同时解决V2O5低电导率和易团聚两大缺陷，存在着巨大的技术难题，尚属空白因此，业界急需一种。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米结构锂电正极材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明的目的是将以上两种掺杂剂的优点结合在一起，提供了一种V2O5纳米片-一维纳米TiO2-Ag纳米粒子多维异质纳米结构锂电正极及其制备方法，采用一种基于范德华力的液相自组装方法，将一维纳米TiO2和Ag纳米粒子巧妙而简洁地组装到V2O5纳米片表面。该自组装方法具有低成本、高效节能的特点，并且能够精确地控制纳米棒和纳米粒子的负载密度与分布。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纳米结构锂电正极材料，由二维V2O5纳米片、零维Ag纳米粒子和一维纳米TiO2共掺杂而成，Ag、TiO2与V2O5的重量比为5～10:10～20:100。

本发明中，所述Ag、TiO2与V2O5的重量比可以为：5:15:100、5:20:100，8:12:100、8:17:100、10:10:100、10:15:100中的一种比例，该重量比根据复合材料所要求的电化学特性进行确定。

本发明中，所述的V2O5纳米片是指横向尺寸在微米级、纵向拥有1～15层的V2O5纳米片。