[發明專利]一種具有多層空心結構五氧化二釩納米球及其制備和應用

有效

• 申請號: 201611145800.8
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106745252B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 潘安強;王亞平
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02;H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

本發明公開了一種具有多層空心結構V₂O₅納米球及其制備方法和在鋰離子電池上的應用，合成方式簡單易控，首先采用水熱法合成實心結構的釩前驅體，在空氣中煅燒得到多層空心結構的V₂O₅納米球，且每層均具有雙壁結構。獨特的多層空心結構不僅有利于電解液的有效浸潤，同時能使電解液和活性物質充分接觸，從而提高材料的電化學性能。本發明制備的多層空心V₂O₅納米球用做鋰離子電極材料具有良好的電化學性能，且工藝簡單，條件溫和。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料制備技術領域，涉及一種具有多層空心結構V₂O₅納米球及其制備方法和在鋰離子電池中的應用。

背景技術

V₂O₅因其能量密度高，儲量豐富和易于合成，一直以來作為鋰電池的正極材料被廣泛研究。當3個鋰離子嵌入時，其理論容量可達到440mAh g^-1。但是材料的導電性較差，Li⁺離子的擴散系數較低。因此，研究人員集中于不同形貌微納結構V₂O₅材料的開發。

空心結構具有大的比表面積，可與電解液充分接觸，提供較多的反應位點，從而獲得較高的電化學比容量。空心結構的傳統合成方式為模板法和自組裝法。但是相較于模板法，自組裝過程影響因素較多，很難控制材料的形貌和粒徑。而模板法是實現空心結構的有效方式，將所需材料包覆于模板表面，通過簡單的手段將模板去除即可得到空心結構材料。如Wu等(Adv.Funct.Mater,2013，23，5669-5674)以碳球為模板合成了多層空心結構的V₂O₅微米球。但是傳統模板法需制備尺度均一的模板，過程較復雜。本發明提供了一種合成多層空心結構V₂O₅納米球的簡單方法，過程易實現、易控制，合成的產物粒徑均一，分散性好，有很大的應用前景。

發明內容

本發明提供一種具有多層空心結構V₂O₅納米球材料及其制備方法，和在制備鋰離子電池電極材料的應用。合成的V₂O₅納米球具有多層空心結構，且每層為雙壁結構。其尺度均一、比表面積大、電化學性能良好。

本發明是這樣實現的，首先采用水熱技術制備出實心結構的釩前驅體，將其在空氣中進行熱處理后，得到V₂O₅多層(一般是三層)空心結構納米球，其具體步驟為：

一種具有多層空心結構V₂O₅納米球的制備方法，包括以下步驟：

(1)將五氧化二釩和草酸按摩爾比添加到蒸餾水中，加熱條件下攪拌至藍色澄清，得到草酸釩溶液；

(2)將一定量步驟(1)所得草酸釩溶液加入到醇有機溶劑中并充分混合；

(3)向步驟(2)混合溶液中加入一定量的有機物，攪拌至澄清，并移入水熱釜中以一定條件水熱；

(4)將步驟(3)所得產物清洗、干燥后，在空氣中煅燒即得到具有多層空心結構的五氧化二釩納米球。

步驟(1)中五氧化二釩和草酸以1:3的摩爾比添加到蒸餾水中，在加熱條件下攪拌至藍色澄清，得到草酸釩的溶液濃度為0.05～1mol/L。

步驟(1)在60-80℃條件下攪拌至藍色澄清。

步驟(2)所述的醇有機溶劑為含有羥基的醇有機溶劑，包括甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇中的一種或幾種。

步驟(2)所述的草酸釩溶液加入量與醇有機溶劑的體積比為1:2～1:100。