[發明專利]一種高性能負極材料Li3VO4/C的制備方法及在鈉離子電池上的應用

在審

• 申請號: 201610077959.4
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN107039637A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 倪世兵;張繼成;唐俊;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/054
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 蔣悅

技術領域

本發明涉及一種新型鈉離子電池負極材料，屬于儲能材料與電化學電源領域。

技術背景

能源短缺和環境污染已經成為威脅人類生存和發展重大問題。大力發展可再生能源如太陽能、風能、潮汐能、地熱能等是解決能源和環境問題有效方法。然而，這些可再生能源有不連續性、不穩定性的缺點，需要采用儲能裝置進行轉換和儲存。在眾多儲能器件中，鋰離子電池因具有工作電壓高、比能量大、環境友好等顯著優點不僅廣泛應用于手機、手提電腦等便攜式電子設備中，而且在大型儲能設備和電動汽車方面的應用研究呈現爆發式增長。然而地球上鋰儲量有限，鋰離子電池大規模的開發使得鋰資源短缺問題逐漸凸顯，鋰鹽成本越來越高，勢必會限制大規模儲能電源的發展。因此，發展成本低廉的先進電池體系是未來儲能電池的必然途徑。

鈉資源豐富，成本低廉，與鋰有相似的物理性質，鈉離子電池與鋰離子電池具有相似的電化學性質，近年獲得了廣泛的關注。鈉離子電池存在的主要問題在于循環性能較差，庫倫效率較低等。目前，鈉離子電池負極材料匱乏，以硬碳材料為主，其電化學性能不理想，且硬碳材料的充、放電平臺較低，很容易在負極表面形成金屬鈉的沉積，導致鈉離子電池存在安全隱患。負極材料已成為制約鈉離子電池整體性能的關鍵因素之一，因此，研發高容量及優異循環性能的儲鈉電極材料已成為目前電池領域的熱點。基于以上背景，本專利發明一種有效方法制備一種Li₃VO₄/C鈉離子電池負極材料，以其作為鈉離子電池負極顯示出較高的比容量和優異的循環穩定性。到目前為止，Li₃VO₄/C在鈉離子電池中的應用的研究尚未見報道。

發明目的

本發明的目的就是以偏釩酸銨、氫氧化鋰、六次甲基四胺為原料，以檸檬酸為碳源，通過濕化學方法并結合高溫燒結制備出Li₃VO₄/C鈉離子電池復合負極材料。其原理就是利用中間液相引入檸檬酸從而實現前驅體與檸檬酸的均勻混合，利用烘干過程中前驅體的結晶誘導檸檬酸分子沿前驅體晶粒表面吸附，在燒結過程中，檸檬酸的碳化與Li₃VO₄的生成同時進行，最終得到C與Li₃VO₄在微觀尺度均勻復合的Li₃VO₄/C鈉離子電池復合負極材料。

本發明所涉及的Li₃VO₄/C合成原料為偏釩酸銨、氫氧化鋰、六次甲基四胺。材料制備過程中，先將偏釩酸銨、氫氧化鋰、六次甲基四胺按摩爾比1-3：4-8：3-5投料(進一步優選為按摩爾比2：6：5投料)，放置于容器中加適量去離子水攪拌均勻，然后放置于廣口瓶中于70～100℃下反應4～10小時。將反應得到的溶液轉移至燒杯中并添加一定量的檸檬酸，充分攪拌后在烘箱中烘干，最終在氮氣條件下加熱到400～700℃燒結2～10小時，自然冷卻可得到Li₃VO₄/C樣品。

本發明所涉及的Li₃VO₄/C負極材料及制備方法具有以下幾個顯著特點：

(1)合成方法簡單，前驅體的反應可在低溫、常壓下進行；

(2)所制備樣品中Li₃VO₄/C為均勻的納米顆粒，尺寸在100nm左右；

(3)所制備Li₃VO₄/C可作為鈉離子電池負極材料，具有較高充、放電容量和優異的循環性能。

附圖說明：

圖1實施例1所制備樣品的(a)XRD和(b)Raman圖譜；

圖2實施例1所制備樣品的SEM圖；

圖3實施例1所制備樣品的首次充、放電曲線(a)和(b)循環性能圖；

圖4實施例2所制備樣品的首次充、放電曲線(a)和(b)循環性能圖；

圖5實施例3所制備樣品的首次充、放電曲線(a)和(b)循環性能圖。

具體實施方式

實施例1