[發明專利]一種鋰離子電池用摻雜納米五氧化二釩薄膜電極材料

無效

• 申請號: 201410108180.5
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103887485A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 余丹梅;譙亞娟;李抄;周曉媛;陳昌國
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/1391
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術領域

本發明涉及納米材料和鋰離子電池技術材料領域，具體涉及一種鋰離子電池用摻雜納米五氧化二釩（V₂O₅）薄膜電極材料。?

背景技術

鋰離子電池是上世紀發展起來的一種新型電能儲存設備，具有電壓高、比容量大、循環壽命長等特點。近年來，隨著鋰離子電池在軍事工業、空間技術、醫學工程、電動汽車、微電子工業等領域使用的快速普及，人們對鋰離子電池性能提出了越來越高的要求。鋰離子電池由正負極材料、電解液、隔膜等部分構成，其中正極材料性能的優劣是決定電池性能的關鍵。?

目前，用于鋰離子電池的正極材料，主要是具有層狀結構的LiMO₂、橄欖石結構LiMPO₄（其中：M=Ni、Co、Mn、Fe等過渡金屬元素）、尖晶石型LiMn₂O₄，以及各種多元體系。而已經實現商業化的層狀LiCoO₂雖然具有工作電壓高，充放電電壓平穩，循環性能好等優點，但鈷資源匱乏、價格昂貴、利用率低，比容量不高，而且其實際比容量僅為理論容量（274mAh/g）的50%左右，同時合成材料時，多采用高溫固相合成等工藝復雜、能耗高的方法。橄欖石結構LiFePO₄具有熱穩定性好、安全性能高等優點，但卻存在著因低電導?率而引起的不可逆容量高等問題，而且理論比容量僅為170mAh/g，實際比容量只有140mAh/g。盡管尖晶石型LiMn₂O₄具有易合成、安全性能好等優點，但在鋰離子嵌脫過程中存在John-Teller效應，分子幾何結構發生畸變，降低了尖晶石結構的對稱性，導致循環性能變差。上述材料的比容量和循環性能都較低。?

由于特殊的層狀結構，V₂O₅擁有更大的比容量（理論容量為442mAh/g）。但在電池充放電過程中，V₂O₅仍存在結構不穩定、電子導電率和離子導電率低等缺陷，導致充放電循環性能差、比容量低、能量密度低等問題產生。目前，改善V₂O₅性能的方法主要有兩方面：一是通過改變合成方法來制備納米材料，增大比表面積，同時增大層間距、縮短鋰離子擴散路徑，提高電極材料的比容量；二是通過摻雜金屬元素來提高電導率。目前，文獻中所報道的改善V₂O₅性能的方法，均存在著耗時長、能耗高，而且需要在高溫、高壓、真空等苛刻條件下進行的缺點，如電噴束法、離子濺射法、電沉積法、化學氣相沉積等。而本發明可一步制備摻雜納米V₂O₅薄膜電極，不需要添加粘貼劑和導電劑，工藝簡單，時耗和能耗低，具有易實現工業化的潛力。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種能耗低、時耗低、工藝簡單、成本低廉、性能優良的鋰離子電池用摻雜納米五氧化二釩薄膜電極材料。?

本發明所涉及的鋰離子電池用摻雜納米五氧化二釩薄膜電極材料，包括Co-V氧化物、Mn-V氧化物、Ni-V氧化物或上述氧化物的?任意組合，所述Co-V氧化物、Mn-V氧化物、Ni-V氧化物中的Co、Mn、Ni元素來源于各自的氧化物、氫氧化物和鹽中的一種或者至少兩種的混合物，摻雜納米五氧化二釩薄膜電極材料為長為500～600nm，寬為150～200nm，厚為60～90nm的長方體納米片；?

本發明所涉及的鋰離子電池用摻雜納米五氧化二釩薄膜電極材料通過以下制備方法獲得：?

（1）摻雜V₂O₅溶膠的制備：首先稱取V₂O₅粉末和Co、Mn、Ni元素來源化合物的一種或者至少兩種的混合物，其中m(Co):m(V₂O₅)為2.0%～2.8%，m(Mn):m(V₂O₅)為2.0%，m(Ni):m(V₂O₅)為2.8%，并將兩者混合；然后取3mL30%的雙氧水（H₂O₂）溶液置于25mL的燒杯中，在室溫下，將上述混合物加入其中，攪拌，然后再加入2mL去離子水繼續攪拌至形成穩定的紅棕色透明溶膠，將其定容至100mL，即得到摻雜V₂O₅溶膠；?