[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN107069020B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 朱泉峣;雪鐘丹;路山;萬方超;何歡;魏偉;劉作為
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M4/36;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域。一種鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）將五氧化二釩與去離子水和雙氧水溶液配制成五氧化二釩溶膠；（2）配置含鎳的摻雜劑溶液；（3）將上述含鎳摻雜劑溶液滴加到五氧化二釩溶膠中，并充分攪拌，得到摻雜溶膠；（4）將上述摻雜溶膠靜置陳化1天后轉至高溫反應釜中，加熱進行水熱處理；（5）將水熱后的產物轉至冷凍干燥機進行快速冷凍干燥處理，得到冷凍干燥后的樣品；（6）將冷凍干燥后的樣品在高純氬氣或氮氣氣氛中進行高溫燒結處理，即得到鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料。該工藝方法簡單、操作方便，所制備的正極材料的性能優(yōu)良。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種高性能鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有較高的能量密度、較強的電荷保持能力、寬的使用范圍、可快速充放電和無記憶效應等優(yōu)點，已被廣泛應用于筆記本電腦、移動電話、數碼相機等便攜式電子設備中。鋰離子電池的材料主要為正極材料和負極材料，正極材料在鋰離子電池成本中所占比例高達40％左右，并且正極材料從根本上決定了鋰離子電池的性能，因此，正極材料為鋰離子電池技術的核心和關鍵，這促使著鋰離子電池正極材料的發(fā)展和優(yōu)化。

過渡金屬釩的氧化物中，處于五價的穩(wěn)定化合物五氧化二釩具有良好的層狀結構，層內為強烈的共價鍵，層間為較弱的范德華力，可以讓分子或離子在其層間進行可逆的脫嵌。因此，五氧化二釩作為鋰離子電池正極材料成為目前重點研究的鋰離子電池正極材料之一。但是，V₂O₅的離子遷移率(10^-12～10^-13cm²/s)和電子電導率(10^-2～10^-3S/cm)較低，使得其實際容量較低，且倍率性能和循環(huán)壽命較差，極大的限制了該材料的應用。

目前，對五氧化二釩電極材料進行形貌控制以及金屬離子摻雜改性來提高其電化學性能。納米結構的五氧化二釩使得鋰離子在納米結構中的嵌脫路徑變短，摻雜后五氧化二釩的層間距得到增大，使得鋰離子擁有更廣闊的空間，結構上的穩(wěn)定使得五氧化二釩擁有更高的嵌鋰性能、更優(yōu)的電化學性能。SY Zhan等人(Solid State Ionics,2009,180,1198-1203)以五氧化二釩粉末和草酸為原料，采用溶膠凝膠法制備了五氧化二釩納米正極材料，在以100mA/g的電流密度充放電時，首次放電比容量可以達到248mAh/g，但是在循環(huán)期間表現出連續(xù)的較大幅度的容量衰減，特別是在30個循環(huán)后容量衰減變得更快。GC Li等人(Journal of Physical Chemistry B,2006,110,9383-9386)五氧化二釩溶于雙氧水之后，在180℃水熱反應48小時制備了五氧化二釩納米帶，該材料在0.2mA/cm²的電流密度在電壓范圍1.5-4.0V充放電時，首次放電比容量達到288mAh/g，經過六次充放電循環(huán)后放電比容量僅為191mAh/g。上述介紹的五氧化二釩作為鋰離子電池正極材料雖然首次放電具有較高的比容量，但是其存在著循環(huán)穩(wěn)定性差，樣品制備周期長等缺點。通過本發(fā)明制備的鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料樣品形貌尺寸均一，所摻雜的鎳均勻分布于五氧化二釩納米片中，作為鋰離子電池正極材料具有較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，顯著提高了五氧化二釩作為鋰離子電池正極材料的應用價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝方法簡單、操作方便、性能優(yōu)良的鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料的制備方法。

為實現上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種鋰離子電池用鎳摻雜五氧化二釩納米片狀正極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將五氧化二釩與去離子水和雙氧水溶液(30wt％)配制成五氧化二釩溶膠；

(2)配置含鎳的摻雜劑溶液；