[發明專利]一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810567438.6
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108807889B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 張志佳;李萍;宗皊碩;康建立;王威
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)合金制備：制備鐵釩合金，所述鐵釩合金中，鐵的原子含量為10％?40％，釩的原子含量為60％?90％；所述鐵釩合金被加工成20?30um厚的合金條帶；(2)將步驟(1)制備得到的鐵釩合金采用研磨方法制備出粒徑大小均勻的合金粉末；(3)將步驟(2)制備得到的合金粉末在400℃?700℃進行氧化處理和還原處理，保溫1h?9h，得到多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料。本發明所述的一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法簡單、價格低廉，可以大規模生產，同時得到的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料具有更高的比容量、更優異的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子負極材料制備的技術領域，尤其是一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著便攜式電子設備和新能源汽車的快速發展，人類社會對于更高性能電化學儲能器件的需求越來越多，其中鋰離子電池(LIBS)占據著重要的地位。鋰離子電池作為化學電源的一種形式，與鉛酸、鎳氫電池等其他化學能源相比，具有能量密度高、電壓平臺高、體積小、重量輕、自放電率低、循環性能好、沒有記憶效應，綠色環保等優點。但其比容量，快速充放電性能，以及循環壽命需要進一步優化。

釩氧化物具有不同的價態和豐富的化學結構以及較高的比容量和循環穩定性，成為鋰離子電池負極材料的研究熱點。而目前面臨的主要問題在于其導電性相對較差、制備過程復雜和循環過程中的體積膨脹。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種能夠降低制備成本、提高導電性與循環性能、具有能耗低、制備工藝簡單、有利于工業化生產的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法及其應用。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)合金制備：制備鐵釩合金，所述鐵釩合金中，鐵的原子含量為10％-40％，釩的原子含量為60％-90％；所述鐵釩合金被加工成20-30um厚的合金條帶；

(2)將步驟(1)制備得到的鐵釩合金采用研磨方法制備出粒徑大小均勻的合金粉末；

(3)將步驟(2)制備得到的合金粉末在400℃-700℃進行氧化處理和還原處理，保溫1h-9h，得到多孔鐵摻雜釩氧化物(Fe-VxOy)電極材料。

進一步的，所述步驟(1)中的合金制備方法為電磁感應熔煉法或電弧熔煉法。

進一步的，所述步驟(3)中的氧化處理包括以下步驟：將合金粉末置于氣氛爐中，以10℃/min的升溫速率升高到600℃，保溫5小時后自然降溫；所述步驟(3)中的還原處理包括以下步驟：將氧化后的合金粉末置于氣氛爐中，通入100-500sccm的氫氣，以10℃/min的升溫速率升高到600℃，保溫3h然后自然降溫。

進一步的，所述步驟(3)中制得的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的孔徑為2-50nm，比表面積為10-30m²/g。

根據所述制備方法制得的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料；根據所述制備方法制得的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料在鋰離子電池方面的應用。

相對于現有技術，本發明所述的一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法及其應用具有以下優勢：

1)本發明所述的一種多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料的制備方法工藝簡單，綠色環保。

2)本發明制得的多孔鐵摻雜釩氧化物電極材料具有介孔結構，有利于鋰離子和電子的傳輸，并且鐵和釩在電化學反應中價態的變化比較豐富，可以提供大量的電子參與反應，即能夠使更多的鋰離子進行嵌入脫出，提高電化學性。