[發明專利]一種三氧化二釩負極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201711441852.4
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108557885B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 劉良;王亢亢;戴瑋;王麗梅;李國春;盤朝奉;陳龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;C01G31/02;H01M10/0525
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本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種三氧化二釩負極材料的制備方法及應用。本發明制備三氧化二釩負極材料的方法具體如下：以釩酸銨化合物為前體物質，以硅片為載體，以鋰片為還原劑，將上述物質置于坩堝內，于管式爐中煅燒后，自然冷卻至室溫，即得到V₂O₃負極材料。本發明的制備方法簡單易行，生產成本低，安全系數高；制備得到的V₂O₃負極材料具有多級結構，并且材料形貌可控。此外，用制備的V₂O₃負極材料組裝半電池，結果顯示V₂O₃負極材料的比容量高、倍率性能好、循環性能穩定。本發明制備的V₂O₃材料作為負極材料用于生產鋰離子電池，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種三氧化二釩負極材料的制備方法及應用。

背景技術

當今世界，能源問題已然成為了各個國家發展的絆腳石。隨著傳統能源的日益枯竭，開發新能源技術迫在眉睫。目前，鋰離子電池以其優異的特性得到了廣泛地應用。作為傳統鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等的替代品，鋰離子電池以其能量密度高、使用壽命長、額定電壓高、重量輕、高低溫適應性強、綠色環保等優點很好地迎合了如今市場的需求。釩材料體系作為鋰離子電池電極材料的一種，由于其較高的理論比容量，具有很好的發展前景。釩體系電極材料包括V₂O₃、VO₂、V₂O₅、V₃O₇等，由于釩有3種穩定的氧化態（V⁵⁺、V⁴⁺、和V³⁺），形成氧密堆分布，因此釩的氧化物為鋰離子電池嵌入電極材料中很有潛力的候選者。由于V₂O₃中的釩元素屬于低價態，所以可用作鋰離子電池的負極材料。

目前，對鋰離子電池負極材料研究較多的有：金屬鋰、碳材料、硅材料、錫材料等。金屬鋰180.54℃的低熔點以及由于鋰枝晶的生長會造成安全問題，所以一直沒有實現商業化。石墨類碳材料目前應用較多，但其比容量比較低，目前商業化碳負極已經達到或接近其理論比容量，進一步提升的空間較小。硅材料顯示出了高比容量，但是在脫嵌鋰的過程中會產生嚴重的體積膨脹和收縮，從而產生破裂、粉化失效，導致材料結構的崩塌和電極材料的剝落而使電極材料失去電接觸。與三氧化二釩相比，錫材料平均工作電壓較高，因此也不適合做電池的負極材料。

制備V₂O₃的方法有多種，例如：1）在氫氣氛圍中，對V₂O₅高溫（850℃）加熱6小時，還原得到V₂O₃球狀顆粒，該方法溫度高；2）高溫下裂解含釩鹽的肼類化合物得到V₂O₃的粉末；3）在氫氣氣流中還原V₂O₅的凝膠，凝膠的制備周期長；4）在含有少量氫氣的氬氣氛圍中對前驅物（偏釩酸銨、VO₂等）進行高溫煅燒，在高溫環境下利用H₂還原NH₄VO₃或VO₂（B）從而得到V₂O₃。目前現有制備方法主要存在的問題是溫度高、能耗大、制備周期長、材料形貌不可控，并且作為鋰離子電池負極材料在充放電過程中容量衰減快，循環穩定性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備V₂O₃負極材料的制備方法及其應用，以克服現有技術中制備V₂O₃溫度較高、能耗大、制備周期長等缺陷。

本發明提供了一種V₂O₃負極材料的制備方法，具體步驟如下：