[發(fā)明專利]一種用于鋰離子電池的高容量V2O5薄膜正極材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210557508.2
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103078082A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余丹梅;文嘉植;陳昌國(guó);譙亞娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/1391
• 分類號(hào): H01M4/1391;H01M4/48;C01G31/02
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于鋰離子電池的高容量V₂O₅薄膜正極材料。

背景技術(shù)

鋰離子電池是上世紀(jì)在鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型蓄電池，具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種日常小型便攜電源，作為電源更新?lián)Q代產(chǎn)品，在將來有可能應(yīng)用于大功率電器領(lǐng)域。近年來，隨著高性能負(fù)極體系的出現(xiàn)，電解質(zhì)的研究也取得了很大進(jìn)展。相對(duì)而言，鋰離子電池正極材料研究較為滯后，限制了鋰離子電池整體性能的進(jìn)一步提高。目前研究比較多的正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的LiMO₂（其中：M=Ni、Co、Mn等），還包含多元體系的混合，但其比容量低和循環(huán)性等問題還有待解決。尖晶石型LiMn₂O₄具有安全性能好，易合成等優(yōu)點(diǎn)也是目前研究較多的鋰離子電池正極材料，但在充放電過程中存在John-Teller效應(yīng)，結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，降低了尖晶石結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，導(dǎo)致循環(huán)性能變差。橄欖石晶體結(jié)構(gòu)的LiMPO₄（其中：M=?Fe、Mn、Ni、Co等）具有熱穩(wěn)定性好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，且在充電狀態(tài)的穩(wěn)定性超過了層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物，使其特別適用于動(dòng)力電池材料，但卻存在著因電導(dǎo)率低而引起的不可逆容量問題，改善的方法一方面是：通過改變合成方法來制備顆粒細(xì)、純度高的粉體材料；另一方面通過摻雜金屬粉末或金屬離子來提高其電導(dǎo)率，增加可逆容量。

三斜晶系的V₂O₅，以VO₄四方錐單元通過氧橋結(jié)合為鏈狀，鏈與鏈之間再通過另一氧橋連接形成一條復(fù)鏈，從而構(gòu)成平行于[001]平面的層狀排列，非常適合鋰離子的脫嵌，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在離子傳輸速率低、電導(dǎo)率低、充放電循環(huán)性能差、比容量和能量密度低等問題，限制了其在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決鋰離子電池容量小，比容量衰減嚴(yán)重的問題，而提供一種用于鋰離子電池的高容量V₂O₅薄膜正極材料。

????本發(fā)明所涉及的是一種用于鋰離子電池的高容量V₂O₅薄膜正極材料，其特征是該材料通過以下方法制備：（1）制備五氧化二釩溶膠：取3mL?30%的雙氧水（H₂O₂）溶液置于25?mL的燒杯中，然后將精確稱量的0.146?g五氧化二釩（V₂O₅）粉末放入燒杯中，在室溫下充分緩慢攪拌使V₂O₅粉末完全溶解，然后加入2?mL?去離子水繼續(xù)攪拌至形成穩(wěn)定的紅棕色溶膠；（2）配制不同濃度的溶膠：將上述V₂O₅溶膠分別定容到50mL-400ml，得到濃度范圍為：0.002?mol/L至0.016?mol/L的V₂O₅溶膠；（3）預(yù)處理Pt基底：將待處理的Pt片完全浸沒在雙氧水中，浸泡10分鐘，然后用去離子水沖洗干凈，自然風(fēng)干；（4）制備V₂O₅薄膜電極：用移液器量取10μL的所需濃度的V₂O₅溶膠，鋪展在經(jīng)過預(yù)處理的Pt片上，于室溫下自然風(fēng)干后，置于500℃的馬弗爐中煅燒2小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得到V₂O₅薄膜電極。

通過本方法制備的V₂O₅電極材料形貌特殊，具有兩個(gè)穩(wěn)定的充放電平臺(tái)，表現(xiàn)出高的嵌鋰容量和良好的循環(huán)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。且該法在電極的制作過程中不涉及導(dǎo)電劑、粘接劑的使用，電極材料直接鋪展在電極基底一步完成，制作工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，過程易控制，環(huán)保。