[發明專利]一種鋰離子電池五氧化二釩納米正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210262737.1
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102795666A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 梁叔全;秦牡蘭;潘安強;劉軍;唐艷;張清
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02;H01M4/48;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種鋰離子電池五氧化二釩納米正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域。

背景技術

鋰離子電池因為具有較高的能量密度，較好的循環性能，無記憶效應及環境友好等優點被廣泛地應用在日常的高端電子器件中。為了應對全世界范圍內的能源危機，鋰離子電池正在被考慮應用在電動汽車中。但是考慮到現有的正極材料，其容量都比較低，大約在140mAh/g，開發新的高容量的鋰離子電池正極材料具有重要的理論研究意義和實際應用價值。

五氧化二釩正極材料，由于其具有適合于容納大量Li⁺離子的層狀結構、具有較高的理論比容量、資源豐富、價格低廉等特點，而成為目前重點研究的新一代鋰離子電池電極材料之一。但受其材料微觀結構和形貌的影響，這類材料的實際比容量遠低于理論值，且循環穩定性能較差，這使得五氧化二釩作為鋰離子電池正極材料的商業化應用受到限制。材料微結構納米化為解決上述不足提供了一條有效的途徑，這是因為材料微結構納米化，可以形成獨特的形貌，獲得高比表面積，極大地縮短Li⁺離子的擴散距離，提高電荷輸運效率，從而顯著地提高其電化學性能。

Liqiang?Mai等人（Nano.Lett.,2010,10,4750-4755）以偏釩酸銨作為前驅體，采用靜電紡絲技術合成了五氧化二釩納米線，該材料以30mA/g的電流密度在2.0-4.0V的電壓范圍內充放電時，獲得了275mAh/g的初始比容量，充放電循環50圈后，其放電比容量降為187mAh/g。Zhongli?Wang等人（ChemPlusChem.,2012,77,124-128）以五氧化二釩粉末和過硫酸銨為原料，采用溶解-分裂的方法制備了五氧化二釩納米片，該納米片以300mA/g的電流密度在2.0-4.0V的電壓范圍內充放電時，其初始比容量為275mAh/g，循環50圈后為180mAh/g。See-How?Ng等人（Phys.Chem.Chem.Phys.,2009,11,3748-3755）以三丙醇氧化釩溶于二甘醇中的溶液作為前驅液，采用火焰噴射熱分解法合成了五氧化二釩納米顆粒，該材料以50mA/g的電流密度在2.0-4.0V的電壓范圍內充放電時，其初始比容量達到300mAh/g，但50周循環后僅為135mAh/g。為了尋找綠色的五氧化二釩納米材料的制備方法，有一些關于用水熱法合成五氧化二釩納米材料的報道。Guicun?Li等人（J.Phys.Chem.B,2006,110,9383-9386）將五氧化二釩溶于雙氧水后，在180℃水熱反應48h制備了五氧化二釩納米帶。該材料在以0.2mA/cm²的電流密度在電壓范圍1.5-4.0V充放電時，首次放電比容量達到288mAh/g，但是循環6周之后，放電比容量降到191mAh/g。Tianyou?Zhai等人（Adv.Mater.,2010,22,2547-2552）將五氧化二釩溶于雙氧水后，在205℃水熱反應4天，然后在400℃燒結1h，得到五氧化二釩納米線。該材料在以50mA/g的電流密度在電壓范圍1.5-4.0V充放電時具有較高的初始比容量（351mAh/g），但是容量損失嚴重，循環20周后放電比容量只有175mAh/g。

前面介紹的五氧化二釩納米材料作為鋰離子電池正極材料，得到了較高的初始比容量，但其循環穩定性都比較差，且實驗過程耗時較長，能量消耗較大，合成成本高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝方法簡單、操作方便、綠色環保、制備的五氧化二釩納米正極材料循環性能好，使用壽命長的鋰離子電池五氧化二釩納米正極材料的制備方法。

本發明一種鋰離子電池五氧化二釩納米正極材料的制備方法，是采用下述技術方案實現的：

將釩氧化物加入到質量分數為5-15%的雙氧水溶液中，攪拌至釩氧化物全部溶解生成紅色的過氧釩酸（HVO₄）溶液，室溫下繼續攪拌1-6h后，將混合溶液加熱至40-90℃，干燥形成凝膠，將所述凝膠在空氣中升溫到250-500℃燒結，得到五氧化二釩納米材料；所述釩氧化物的添加量按雙氧水溶液體積每毫升添加0.01-0.05克。

本發明一種鋰離子電池五氧化二釩納米正極材料的制備方法中，所述釩氧化物選自VO、VO₂、V₂O₃、V₂O₅中的一種或多種。