[發(fā)明專利]五氧化二釩正極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410745310.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN105742614A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊杰;耿召春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料及化工合成領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種五氧化二釩正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄等作為鋰離子電池的正極材料受到了產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注并進(jìn)行了大量的研究，釩系材料的研究卻一直較為缺乏。其實(shí)，在眾多的釩化合物中，五氧化二釩的能量密度高、價(jià)格低廉，具有研發(fā)的潛質(zhì)，只是目前市售的V₂O₅多是由單純的固相法制得，其作為鋰離子電池正極材料不僅克容量低，而且循環(huán)性能欠佳。

近年來(lái)，有多位學(xué)者對(duì)V₂O₅進(jìn)行了研究，有人曾通過(guò)干燥溶膠的工藝得到了球形V₂O₅，使其堆積密度得到了提高，但是卻未能提供其作為電極材料所需的循環(huán)性能和倍率性能；也有人通過(guò)高溫水熱法以長(zhǎng)鏈胺和碳納米管為模板制備了納米粒狀的V₂O₅，使其倍率性能與循環(huán)性能均得到了較大地提高，但是仍存在以下問(wèn)題：首先，釩氧化合物對(duì)長(zhǎng)鏈胺和碳納米管的附著能力很差，導(dǎo)致燒結(jié)得到的產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)部分是納米顆粒、部分是塊狀的品質(zhì)問(wèn)題，這會(huì)使V₂O₅的倍率性能大打折扣；其次，制備過(guò)程需要通過(guò)濃硫酸和濃硝酸對(duì)碳納米管進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的水熱處理，并進(jìn)行繁瑣的洗滌，這些都給實(shí)際量產(chǎn)帶來(lái)了困難；再者，眾所周知，水熱法對(duì)制造設(shè)備和條件要求苛刻，碳納米管價(jià)格較高，這些都會(huì)大幅度的增加生產(chǎn)成本。

有鑒于此，確有必要提供一種性能優(yōu)異且便于量產(chǎn)的五氧化二釩正極材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種性能優(yōu)異且便于量產(chǎn)的五氧化二釩正極材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有五氧化二釩材料的不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種五氧化二釩正極材料，其主體由尺寸為100～150nm的V₂O₅納米粒組成，且內(nèi)部具有1～2微米寬的肺泡形孔結(jié)構(gòu)，材料的比表面積為50～70m²/g。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料的一種改進(jìn)，所述五氧化二釩正極材料是以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)高壓靜電紡絲為模板、采用溫和工藝條件制得的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明五氧化二釩正極材料中的肺泡形孔結(jié)構(gòu)為電解液的浸潤(rùn)滲透提供了多離子通道，因此具有倍率性能高、循環(huán)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種五氧化二釩正極材料的制備方法，其是將PMMA紡絲浸入釩氧化合物中間體溶液中形成前驅(qū)體，之后煅燒前驅(qū)體生成V₂O₅，同時(shí)PMMA分解而在V₂O₅中產(chǎn)生離子通道，形成肺泡形孔結(jié)構(gòu)的V₂O₅。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料制備方法的一種改進(jìn)，其包括以下步驟：

1)制備釩氧化合物中間體溶液和PMMA高壓靜電紡絲；

2)將PMMA高壓靜電紡絲浸入釩氧化合物中間體溶液中充分浸潤(rùn)；

3)將步驟2)中所得樣品在50～85℃水浴中蒸發(fā)溶劑，得到煅燒前驅(qū)體；

4)將步驟3)中所得煅燒前驅(qū)體在300～550℃溫度下煅燒1～5小時(shí)，自然冷卻后得到五氧化二釩正極材料。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)中制備釩氧化合物中間體溶液的過(guò)程為：將草酸加入溶劑中，在30～60℃下攪拌溶解，配制成0.05～1mol/L的草酸溶液；稱取一定量的偏釩酸銨粉末，并緩慢加入草酸溶液中，在50～85℃下攪拌1～4小時(shí)，得到釩氧化合物中間體溶液。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料制備方法的一種改進(jìn)，配制草酸溶液的溶劑選自蒸餾水、乙醇。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料制備方法的一種改進(jìn)，所述步驟1)中制備PMMA高壓靜電紡絲的過(guò)程為：將PMMA顆粒放入溶劑中，攪拌3～5小時(shí)，配制成濃度為0.05～3g/L的PMMA大分子溶液；采用高壓靜電紡絲技術(shù)對(duì)PMMA大分子溶液進(jìn)行紡絲，電壓在10～30kV，接受板與針頭間距為5～25cm，得到纖維狀PMMA高壓靜電紡絲。

作為本發(fā)明五氧化二釩正極材料制備方法的一種改進(jìn)，配制PMMA大分子溶液的溶劑選自二甲亞砜、NMP、丙酮、乙醇。