[發明專利]多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極的制備及其在軟包電池中的應用

在審

• 申請號: 202010399789.8
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN113629248A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 侯仰龍;張騰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明公開了一種多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料的制備及其應用。將樣品進行溶解形成紡絲前驅體，然后將收集的前驅體進行碳化處理得到目標產物。該多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料為直徑約800nm的多中空通道納米纖維，其表面均勻負載著三氧化二釩，該材料所擁有的特性，不僅增加電解液和活性材料的接觸面積，從而可以減低鋰離子的傳輸距離，同時可以提高活性材料的使用，降低非活性物質的占比，從而可以有助于提高電池的能量密度，而且還可以緩解充放電過程中的體積膨脹，因此，該材料在提高鋰離子電池的電化學性能方面扮演著非常重要的角色，并且將其成功的使用到鋰離子軟包電池中，可以實現有效的充放電循環。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料，特別涉及一種多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料(V₂O₃/MCCNFs)的制備及其在軟包電池中的應用。

背景技術

隨著當今化石能源等不可再生能源的大量消耗，環保的、可重復使用的二次電池成為了當今研究的熱點。其中，鋰離子電池與鈉、鉀離子電池相比，鋰的相對電勢更低(-3.04V Li⁺/Li，-2.93V K⁺/K，-2.71V Na⁺/Na vs標準氫電極)、能力密度高、成本低、環境友好，從而使得鋰離子電池成為如今最有希望在大規模的儲能器件中應用的二次電池，因此受到了研究者們的廣泛關注。在傳統鋰離子電池中，石墨是最常用的負極材料，然而其理論比容量只有372mAh g^-1，使其不能滿足于未來能量存儲的需求，因此開發新的資源豐富、環境友好、成本低以及比容量高的負極材料迫在眉睫。

在過去的幾十年中，過渡金屬氧化物由于其儲量豐富，成本低，環境友好以及比容量高等優點引起了人們的廣泛關注。然而由于其相對較差的導電性，使其在鋰離子電池中的應用也受到了嚴重的阻礙。因此研究者們為了提高其導電性，復合材料的制備成為了最常用的方法之一。典型的代表就是金屬氧化物和碳材料的復合，主要是由于碳材料具有優越的導電性，質量輕，環境友好等優點，因此可以極大地提高電極材料的導電性，提高其循環使用壽命。在眾多的金屬氧化物中，三氧化二釩受到了研究者們的廣泛關注。由于其具有金屬特性以及高的比容量(1070mAh g^-1)，因此具有非常優越的電子導電性和高的能量密度。正是由于以上提到的優點，使得三氧化二釩成為了鋰離子電池應用中非常有潛力的候選者。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池負極材料，使其能有效的在軟包電池中得以應用。本發明所提供的鋰離子電池負極材料是一種多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料。在多中空通道納米纖維上均勻負載三氧化二釩，使其成為一種新的功能復合材料，相比較于其他三氧化二釩基復合材料，該材料在提高鋰離子電池的電化學性能方面扮演著非常重要的角色，并且將其成功的使用到鋰離子軟包電池中，可以實現有效的充放電循環。

本發明還提供了一種制備所述多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極的合成方法，通過對原料以及工藝參數的控制，制備得到多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料，并且制備成本低廉，利于實現規模化生產。

本發明多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料是直徑約800nm的多中空通道納米纖維，其表面均勻負載著三氧化二釩，比表面積為307.537m²g^-1，擁有相對較大的比表面積，對于鋰離子的運輸以及存儲是非常有利的。

本發明提供了一種多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料，其中，該多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料中三氧化二釩的含量為40-50％。

本發明所提供的多中空通道納米纖維負載的三氧化二釩柔性電極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將前驅體聚合物、造孔劑在有機溶劑中進行攪拌溶解；

2)在上述均勻的液體中加入釩鹽前驅體；