[發明專利]一種三維自支撐的高比能鈷酸釩鋰負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811206217.2
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109399728A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 沈子涵;朱潮;張會剛
• 申請（專利權）人: 南通南京大學材料工程技術研究院
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

本發明提供了一種三維自支撐的高比能鈷酸釩鋰負極材料及其制備方法，其特征在于，以LiCl、VCl₃和CoCl₂作為原料供體，采用一步水熱法，在三維導電骨架上構建Li_2xV_1?xCo₂O₄納米片陣列。本發明具有如下技術效果：1、本發明首次在三維多孔導電骨架上構建三維Li_2xV_1?xCo₂O₄納米片陣列，同時應用在鋰離子電池負極中，比能量高，循環性能好。2、通過水熱法一步構建三維Li_2xV_1?xCo₂O₄納米片陣列，工藝簡單，可通過調節物質配比、水熱溫度和時間等，能夠有效調控納米片陣列尺寸，可控性強。

技術領域

本發明屬于無機功能材料制備技術領域，具體涉及一種三維自支撐的高比能鈷酸釩鋰負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高，循環壽命長，在現代社會中，已經成為一種不可或缺的能量存儲裝置，在太陽能路燈儲能、風能及太陽能發電儲能、動力汽車、電子產品以及電動工具等領域具有廣泛的應用，市場前景非常廣闊。

然而，隨著消費電子產品和電動汽車的發展，目前的鋰離子電池無法滿足日益增長的需求。新型電極結構設計以及高容量電極材料的合成對于增加電池電極的充電存儲能力及其重要，現有開發的高容量材料，如硅、錫、過渡金屬氧化物等，在電池循環過程中都會產生體積變化導致性能衰退的嚴重問題，為了減輕循環過程中體積變化所帶來的不利影響，通常采用三維骨架來穩定電極材料。

在傳統的鋰離子電池負極中，銅箔被廣泛應用于由活性物質、粘結劑和導電劑組成的復合層，這種層壓結構在插層材料中獲得了巨大的成功，因為插層材料在電池循環過程中體積變化通常很小，但是，銅箔不提供容量，而且層壓結構無法保證高容量電極的穩定性，泡沫金屬、碳納米管、金屬化的反蛋白石結構通常用來取代銅箔作為三維多孔電極來使用，活性材料負載在三維骨架上，改善電池循環過程中的電極穩定性。

高性能的鋰離子電池負極需要在電極結構和材料上同時進行改進。近些年來，由于具有較高的理論比容量，釩酸鈷作為鋰離子電池負極材料受到了廣泛的關注。Kim及其合作者報導了一種Co₃V₂O₈的海綿網絡狀負極，在循環700個周期后依然能夠放出501 mAh g^-1的比容量（V. Soundharrajan, B. Sambandam, J. Song, S. Kim, J. Jo, S. Kim, S.Lee, V. Mathew, J. Kim, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 8546.）。Mai及其合作者（Y. Luo, X. Xu, Y. Zhang, C.-Y. Chen, L. Zhou, M. Yan, Q. Wei, X. Tian,L. Mai, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 2812.）使用氧化石墨烯作為模板來分散Co₂V₂O₇納米片結構，該材料顯示在5 A g^-1的電流密度下，循環1000個周期后依然保持了400 mAh g^-1的比容量。與上述合成材料相比，在本發明中，我們合成了一種新型的鋰離子電池負極材料Li_2xV_1-xCo₂O₄，并將其與三維多孔導電骨架結合在一起，構建了一種三維自支撐的高比能鈷酸釩鋰負極材料。

發明內容