[發明專利]含鈷二維手風琴狀納米片材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910908985.0
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110668505B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 張瀟予;余志鵬;姜付義;杜偉
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M4/48;H01M4/50;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了含鈷二維手風琴狀納米片材料及其制備方法和應用。含鈷二維手風琴狀納米片材料的特征在于Mn_1?xCo_xV₂O₆，其中0.1≤x≤0.5，形貌為手風琴狀納米片，厚度在10到100nm之間，長度/寬度在1到100μm。所述方法通過一步水熱法制備納米材料，通過對鈷錳比例和反應時間等條件的改變，得到手風琴狀納米片形貌的材料。本發明具有反應過程簡單，步驟易操作，制成的納米片形貌規則，作為鋰離子電池負極材料高效穩定，比容量高，循環穩定性能佳等特點。

技術領域

本發明屬電化學能源領域，具體方法為將鈷摻雜到釩酸錳納米片中合成性能更優的Mn_1-xCo_xV₂O₆負極材料。

背景技術

釩酸錳是一種性能良好的鋰離子電池負極材料，且因其儲量豐富，構成元素價格便宜，應用前景十分可觀。雖然釩酸錳具有特殊的層狀結構，應該較高的理論比容量，但是，釩酸錳負極材料在鋰化和去鋰化過程中，會形成部分無定形態，導致層狀結構坍塌，大大降低其儲鋰能力和比容量，影響長期循環性能。另外，目前文獻及專利中報道的釩酸錳材料形貌大多為不規則顆粒或微米管、微米棒等，不利于在充放電過程中的離子遷移及形貌結構維持，致使活性材料從集流體上剝離，限制了釩酸錳材料作為負極材料的發展應用。

CN 105280917 A公開了一種鋰離子電池負極材料偏釩酸錳的制備方法，包括以下步驟:將去離子水與二甲基亞砜按體積比V_水:V_{二甲基亞砜}＝1:1～2混合，置于60～90℃水浴鍋中，超聲攪拌0.5～2h(2)將釩源、錳源按釩元素、錳元素摩爾比為2:1的比例加入混合液中，控制混合液中釩離子的濃度為0.1～0.5mol/L；用氨水或乙酸調節pH至4～7，超聲攪拌反應2～6h，得到反應物；將反應物過濾，并用去離子水、酒精進行清洗；置于50～80℃、真空度5～100Pa條件下干燥4～6h，得到四水合偏釩酸錳。該負極材料，反應所需溫度低，反應過程簡單，便于產業化控制，但其合成產品為微米棒狀、顆粒狀形貌，多次循環后難以保持初始形貌，使產品穩定性和循環性較差，比容量最高僅為430mAh/g左右。

CN 104528830 B公開了一種鋰離子電池負極材料偏釩酸錳的制備方法，包括以下步驟：將正釩酸鈉和錳鹽按V:Mn＝1～3:1的摩爾比配制成混合溶液；調節混合溶液pH為7-8，攪拌10min后轉入反應釜，160-260℃反應124h，得粗產品的溶液；將所得粗產品的溶液冷卻至室溫，洗滌、干燥，得釩酸錳Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2納米微米材料。本發明實現釩酸錳的低溫可控制備，能耗低，環境友好，產物純凈。但是，從其釩酸錳Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2納米顆粒的掃描電鏡分析圖可以看出盡管材料形貌尺寸均一，但產品形貌為顆粒狀，不利于負極材料穩定長久使用。另外，其釩酸錳Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2微米管的掃描電鏡分析圖顯示，微米管寬5μm，并不能明顯提升負極材料的性能。

即現有技術公開的鋰離子電池負極材料釩酸錳作為負極材料的穩定性和循環性較差，影響長期循環性能。

發明內容