[發(fā)明專利]一種原位合成碳包覆一水合七氧化三釩納米帶的方法及鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610178930.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN105742601A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱孔軍;劉鵬程;李麗葉;劉勁松;王婧;裘進(jìn)浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/131;H01M4/133;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合成七氧化三釩納米帶的方法，尤其涉及一種原位合成碳包覆一水合七氧化三釩納米帶的方法，同時(shí)涉及一種基于所述七氧化三釩納米帶的鋰離子電池材料。

背景技術(shù)

隨著以煤、石油、天然氣等為代表的化石燃料的日益枯竭，以及這些傳統(tǒng)化石燃料燃燒所帶來的溫室效應(yīng)、大氣污染等環(huán)境問題日益加劇，建立以清潔、可再生的新能源為基礎(chǔ)的新型能源結(jié)構(gòu)則是今后世界經(jīng)濟(jì)中最具決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。在這個(gè)新型能源結(jié)構(gòu)中，儲(chǔ)能則占有著極大的比重，并將會(huì)起到至關(guān)重要的作用。在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池由于具有高能量密度、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、低自放電、良好的環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具潛力的能量儲(chǔ)存技術(shù)，并已在以移動(dòng)通信和筆記本電腦為代表的便攜式電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來隨著純電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的迅猛發(fā)展，鋰離子電池也被認(rèn)可是最為理想的動(dòng)力電池的選擇。國務(wù)院于2012年通過于《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》，并明確指出以純電驅(qū)動(dòng)為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向。國家科技部進(jìn)一步結(jié)合《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020年）》和國務(wù)院《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》在發(fā)布的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃2016年度第一批6個(gè)項(xiàng)目中便包含了“新能源汽車”試點(diǎn)專項(xiàng)，并明確提出了動(dòng)力鋰離子電池的性能指標(biāo)。因此，不難看出這些新的大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用也給鋰離子電池提出了新的挑戰(zhàn)，要求鋰離子電池具有更為優(yōu)良的電化學(xué)性能（包括更長的循環(huán)壽命、更高的能量和功率密度）。

為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的電化學(xué)性能，設(shè)計(jì)出更為優(yōu)良的電極材料則顯得尤為關(guān)鍵。V₃O₇·H₂O是一種典型的層狀過渡族金屬氧化物，具有能量密度高、儲(chǔ)量豐富、成本低廉、環(huán)境友好等一系列優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具潛力的鋰離子電池電極材料，但相關(guān)的報(bào)道卻十分有限?？赡艿脑虬▋煞矫妫阂皇荲₃O₇·H₂O合成條件苛刻，難于合成；二是所制備得到的V₃O₇·H₂O納米材料結(jié)晶性差、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，往往在循環(huán)過程中會(huì)因發(fā)生較大的體積膨脹而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂，從而表現(xiàn)出的循環(huán)性能非常差，大多在僅僅40次循環(huán)后容量已經(jīng)衰減了50%。

碳包覆是一種可以效提高電極材料導(dǎo)電性的手段，同時(shí)也可以增加納米材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是一種非常好的提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法。但大多數(shù)的碳包覆工藝都是需要分兩步來實(shí)現(xiàn)：第一步合成被包覆納米材料；第二步再通過各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳包覆。這種兩步的碳包覆工藝不但復(fù)雜和耗時(shí)，更會(huì)對(duì)一些介穩(wěn)相、含易變價(jià)元素化合物和過渡族金屬氧化物的結(jié)構(gòu)造成破壞。因此，發(fā)展一種有效的原位碳包覆的方法是十分迫切和重要的。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為提供一種通過高溫混合水熱技術(shù)原位合成原位合成碳包覆一水合七氧化三釩納米帶（分子式表示為V₃O₇·H₂OC納米帶）的方法，通過該方法制備得到的V₃O₇·H₂OC納米帶可以極大地改善V₃O₇·H₂O鋰離子電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)方案

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的原位合成碳包覆一水合七氧化三釩納米帶的方法包括以下步驟：

步驟一：稱取釩源材料置于高溫混合水熱反應(yīng)釜的一個(gè)反應(yīng)腔中，并加入5-8ml去離子水；

步驟二：稱取濃度為0～0.04mol/L的還原劑于反應(yīng)釜的另一個(gè)反應(yīng)腔中；

步驟三：將反應(yīng)釜密封后放入到烘箱中加熱升溫；

步驟四：待烘箱溫度升到160-260°C時(shí)，將反應(yīng)釜旋轉(zhuǎn)，使反應(yīng)釜中兩個(gè)腔的反應(yīng)物混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，并繼續(xù)保溫1-12小時(shí)；

步驟五：待水熱反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，得到沉淀物；

步驟六：將步驟五得到的沉淀物用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，將得到的粉體放入真空干燥箱中，在60-80°C下干燥10h以得到分散性較好的V₃O₇·H₂OC納米帶。

更進(jìn)一步地，步驟一所述的釩源材料為五氧化二釩、偏釩酸銨、偏釩酸鈉或者乙酰丙酮釩中的一種。