[發明專利]一種納米片狀鋰離子電池負極材料磷酸氧釩的制備方法

有效

• 申請號: 201410208137.6
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103972506A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 鄭俊超;張寶;韓亞東;王小瑋;袁新波;李暉;明磊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 趙靜華

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種納米片狀鋰離子電池負極材料磷酸氧釩的制備方法。

背景技術

鋰離子電池負極材料是鋰離子電池的關鍵組成部分，目前商業化生產中負極主要使用石墨，但無論是天然石墨還是人造石墨其理論比容量均僅為372mAh/g。盡管石墨負極具有廉價、安全性好的優點，但隨著一些高比容量正極材料的開發，較低比容量的石墨作為負極已經不能滿足正極材料的需求。因此，研發高比容量的負極材料具有很大的潛在價值。

磷酸氧釩（VOPO₄）與石墨、合金及金屬氧化物類似，同樣可以提供鋰離子的脫嵌位點，而且VOPO₄中PO₄^3-聚陰離子具有較強的電負性，可以為鋰離子的脫嵌提供穩定的3D框架結構，緩解了充放電過程中材料體積逆變化不可過大的問題；由于釩具有活潑的化學性質（V²⁺到V⁵⁺），因此，VOPO₄具有較高的比容量（827mAh/g）；我國釩資源豐富，原材料來源廣泛，成本低廉。綜上可知，VOPO₄是一個具有很大潛在價值的鋰離子電池負極材料。

目前，VOPO₄的研究尚主要集中在鋰離子電池正極材料，而其作為鋰離子電池負極材料的研究仍未見報道。本發明通過液相法合成了納米片狀的VOPO₄負極材料，所合成的材料具有特殊的微觀形貌，具有優異的電化學性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種制備納米片狀磷酸氧釩的方法。所制備材料為納米片狀結構，其較大表面積大增加了活性材料與電解液的接觸面積，納米結構大大縮短了鋰離子擴散距離，提高了其傳輸速率。納米片狀結構能有效提高磷酸氧釩的電化學性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案，包括以下步驟：

（1）以釩源、磷源及還原劑為原料，按照釩源中釩離子、磷源中磷酸根離子和還原劑的摩爾比1：1：1~5，溶于去離子水中,;

（2）將步驟（1）中所得混合溶液置于70～90℃的水浴中攪拌1~6小時得到均一溶液；

（3）將步驟（2）中所得的溶液、溶膠或懸濁液調節pH至6～9；

（4）將步驟（3）中所得的溶液、溶膠或懸濁液置于熱解罐中，在150～350℃下熱解10～30h；

（5）將步驟（4）所得產物過濾，于80～120℃下干燥得到非晶態磷酸氧釩前驅體；

（6）將步驟（5）所得非晶態磷酸氧釩前驅體于非還原氣氛下100～400℃燒結1～10h，冷卻至室溫，得到磷酸氧釩；

進一步，步驟（1）中所述的混合溶液中釩離子濃度控制在0.05～1mol/L。

進一步，步驟（1）中所述的釩源為五氧化二釩、偏釩酸銨、釩酸銨、三氧化二釩或草酸氧釩。

進一步，步驟（1）中所述的磷源為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨、磷酸或焦磷酸。

進一步，步驟（1）中所述的還原劑為酒石酸、檸檬酸、草酸、己二酸、丙二酸或抗壞血酸。

進一步，步驟（4）中所述的熱解溫度為150～350℃，熱解時間為10～30h。

進一步，步驟（6）中所述的非還原氣氛為氬氣、氮氣、空氣或氦氣。

進一步，步驟（6）中所述的燒結溫度為100～400℃，燒結時間為1～10h。

進一步，步驟（6）中所述的磷酸氧釩呈納米片狀，其厚度為50~100nm。

本發明利用液相法制備得到鋰離子電池負極材料磷酸氧釩，該方法所制得的磷酸氧釩材料呈納米片狀，其片狀結構具有較高的比表面積，有利于電解液的充分浸潤；片層的相連，縮短了離子傳輸路徑，有利于鋰離子的傳遞，特殊的納米片狀結構有利于提高負極材料磷酸氧釩的電化學性能。

附圖說明

圖1是 實施例2中3號樣品的XRD圖；

圖2是 實施例2中3號樣品前驅體的SEM衍射圖；

圖3是 實施例2中3號樣品的0.1C、1C首次放電曲線。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。

實施例1