[發明專利]一種氮摻雜碳層包覆花球狀V2

有效

• 申請號: 201710833823.6
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107658447B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 曹麗云;寇領江;黃劍鋒;楊軍;李嘉胤;吳建鵬;王勇
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 張震國

一種氮摻雜碳層包覆花球狀V₂O₅的制備方法，將偏釩酸銨溶解在的水和乙二醇的混合液體中得到A溶液；在A溶液中加人碳源和氮源得B溶液；將B置于具有聚四氟乙烯內村水熱反應釜中，進行水熱反應；反應結束后，隨爐冷卻至室溫，離心出沉淀產物，真空干燥即得到氮摻雜碳層包覆V₂O₅的前驅體材料；將前驅體材料在充滿惰性氣體的管式爐中加熱得到氮摻雜碳層包覆花球狀的V₂O₅。本發明通過在碳層中摻入氮元素，將碳層包裹在V₂O₅的表面，有效地提高基體材料的電導率和鋰離子的擴散速率，本發明所使用的碳源和氮源原材料價格低廉，對人體和環境無毒無污染，并且能夠提高放電容量改善倍率性能，具有經濟效益好，原材料來源廣泛，綠色無污染、制備操作簡單的特點。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，具體涉及一種氮摻雜碳層包覆花球狀V₂O₅的制備方法。

背景技術

目前，隨著電子產品的快速發展,如便攜式電動工具、電動汽車、混合插電式電 動汽車，對鋰離子電池的性能提出了更高的要求,越來越多的研究者針對鋰離子電池 性能的提升展開廣泛的的研究。

我國釩資源豐富，釩氧化物、釩酸鹽以及衍生物作為一種重要的儲能材料被科研工作人員廣泛的研究和開發，其中V₂O₅作為鋰離子電池正極材料，其理論比容量高 達440mAh g^-1,相對于目前商業化應用的鋰離子電池正極材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、 LiV₃O₈，V₂O₅具有理論比容量高的特點，并且由于釩元素存在多種價態(如V⁺⁵、V⁺⁴、 V⁺³)，能夠實現在電池充放電過程中存在多個充放電平臺，在某種程度上有利于鋰離 子電池比容量的提高。雖然V₂O₅具有較高的理論比容量，但在實際的測試中，放電 比容量只能達到300mAh g^-1左右，這主要是由于在電化學反應過程中，V₂O₅本身存 在電導率低、鋰離子擴散速率慢的特點。

現有的V₂O₅復合碳材料作為鋰離子電池正極材料及制備方法，如發明專利“一 種V₂O₅納米顆粒/石墨烯鋰離子電池正極材料及其制備方法”中，首先利用天然石墨， 采用改良Hummer法合成氧化石墨，將其分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再 加入一定量的乙酰丙酮釩(IV)(C₅H₈O₂V),在200℃下水熱反應20h，合成尺寸為 20-40nm的在石墨烯表面上分布的V₂O₅納米顆粒。但是，該方法在制備過程中所使 用到的有機溶劑DMF屬于易燃液體，與濃酸能發生劇烈反應，易產生爆炸的危險， 對于人體吸入及皮膚接觸有害。與此同時，該方法對于反應條件要求較高，需要在長 時間的高溫條件下反應。這種方法所制備出來的V₂O₅和石墨烯的復合材料只是物理 上的復合并沒有形成鍵和復合，沒有從根本上解決導電性差、鋰離子傳輸速率低的問 題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠有效提高基體材料的電導率和鋰離子的擴散速率，且所使用的碳源和氮源原材料價格低廉，對人體和環境無毒無污染，能夠提高放 電容量改善倍率性能，制備操作簡單的氮摻雜碳層包覆花球狀V₂O₅的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：