[发明专利]一种微球状钒酸锌及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种微球状钒酸锌，钒酸锌的化学式为Zn₂V₂O₇，钒酸锌的平均直径小于3μm，钒酸锌的表面为多孔结构。还公开了制备方法，包括如下步骤：(1)将纯度均为99.9％的硝酸锌、偏钒酸铵置于烧杯中；(2)将乙二醇加入烧杯中，搅拌均匀后，在加入DMF，得到混合溶液；(3)将上述混合溶液转入到水热反应釜中加热，然后降温处理，降至常温，得到产物；(4)将得到的产物离心、收集、干燥处理，然后煅烧，得到所述的微球状钒酸锌。本发明的微球状钒酸锌的尺寸大小均匀，结晶性良好；制备方法无需任何模板或表面修饰剂，实验操作过程简单，成本低廉，产率较高。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体的说，涉及一种微球状钒酸锌及其制备方法与应用。

背景技术

能源问题已成为21世纪最重要的主题。全球日益增长的能源需求在当今社会已受到极大挑战，源自人口持续增加，汽油价格不断上涨，化石能源等不可再生资源的不断枯竭、以及国家提出的要将CO₂的排放量降到最低的任务，不断激励我们寻找新的可再生资源技术替代传统技术，来满足人们生活的需求，例如核能、风能、太阳能、潮汐能、燃料电池等。为了应对这些挑战，系统的电化学能源存储和转换因其具有高输出功率、低成本、绿色环保等优势，被认为是可行的能源存储系统。如锂离子电池、锂-氧电池、燃料电池、超级电容器。自从1990年索尼公司推出第一代锂离子电池，随后其与镍氢电池作为小型电子产品的电源，从此以后占据了重要位置。

电极材料直接参与或间接催化电化学反应，在改善能源存储的容量上起到关键作用。石墨碳一直作为锂离子电池的阳极材料的最佳候选人，具有较多优点：包括低成本、易于加工、良好的化学稳定性等。除此之外石墨碳也存在一些缺点：其理论能力相对较低，如单位质量或体积的功率输出受到限制，阻碍了一些高新技术产业的发展。因此使用结构设计和发展功能化的先进电极材料显得尤为重要。金属氧化物、混合金属氧化物、硫化物及氢氧化物，这些都是锂离子电池发展的潜在优势。

金属钒氧化物的在电化学方面表现较为突出，有望替代目前商用石墨，成为新型的锂离子电池负极材料。金属钒酸盐类主要在合成及形貌调控方面得到人们越来越多的关注，合理的设计金属钒酸盐的纳米结构对于改善电子和离子电导率是非常必要的。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明的第一目的提供了一种微球状钒酸锌，钒酸锌的化学式为Zn₂V₂O₇，钒酸锌的平均直径小于3μm，钒酸锌的表面为多孔结构。

本发明制备的钒酸锌可以作为锂电池的负极材料应用，可以提高电化学性能，提升初始放电容量以及循环性能稳定性，其中多孔结构便于锂离子的穿插。

本发明的第二目的提供了一种所述的微球状钒酸锌的制备方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)将纯度均为99.9％的硝酸锌、偏钒酸铵置于烧杯中；

(2)将乙二醇加入烧杯中，搅拌均匀后，再加入DMF，得到混合溶液；

(3)将上述混合溶液转入到水热反应釜中加热，然后降温处理，降至常温，得到产物；

(4)将得到的产物离心、收集、干燥处理，然后煅烧，得到所述的微球状钒酸锌。

本发明以硝酸锌、偏钒酸铵为原料，通过溶剂热及固相烧结的方法制备出尺寸大小均匀的微球状钒酸锌，且微球的表面为多孔结构，这种多孔结构有利于锂离子的穿插，分子式为Zn₂V₂O₇，该方法制备的钒酸锌材料作为锂离子负极材料显示出了优异的放电容量和稳定的循环性能。

进一步的，步骤(1)中硝酸锌与偏钒酸的摩尔比为1:2。