[发明专利]一种ZnV2O4储锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型储锂材料ZnV₂O₄及其制备方法，属于高能电池技术领域。

背景技术

近年来，非水体系溶胶-凝胶法制备纳米材料金属氧化物(如M_xO_y，M＝Fe，Co，Mn，Cu等)及其复合氧化物材料(ZnGa₂O₄，BaTiO₃，LiNbO₃和SrTiO₃)，相比于水做溶剂的水热体系，不受pH值，金属离子水解等一些缺点的影响，所以受到人们的广大关注。在非水溶胶凝胶体系的研究中，使用了很多种类的有机溶剂，比如酒精，乙二醇，异丙醇等等，但是这些有机溶剂只能用来合成某个或者为数不多的几种氧化物，选择性很强，不适用于广泛应用。Markus Niederberger研究组发现苯甲醇是一种很好的溶剂，使用无毒的苯甲醇合成出的氧化物已经达到了35种，而且苯甲醇具有较高的沸点(205℃)，可以在较高的温度下反应，保证了反应过程的安全性。

新型的三元氧化物因为其具有优越的嵌锂脱锂的性能，并且在充放电过程中结构的稳定，一直是锂电研究者研究的热点。目前，Chowdari等人提出了一种较好的储锂材料新型ZnCo₂O₄(Adv.Funct.Mater.2007，17，272.)。该材料的充放电反应机理中，除了纳米金属Zn和Co以及Li₂O进行可逆反应，金属Zn还可以与金属Li反应形成Li-Zn合金，这个反应在低电位进行，并且提供了高的储锂容量。另外，Co²⁺和Zn²⁺在与金属锂反应过程中成为彼此有利的矩阵，缓冲了反应过程中晶胞的体积变化，从而保持了稳定的充放电循环性能。前不久张礼知及其课题组提出了一种新型的尖晶石型纳米储锂材料ZnMn₂O₄，(Electrochem.Commun.2008，10，1003.)首周充放电比容量达到776毫安时/克，容量在循环十周以后保持了很好的稳定性。研究发现矾基氧化物如V₂O₃，V₆O₁₃，V₃O₇，V₄O₉以及ZnV₂O₆都具有一定的嵌锂性能，由于这种材料无污染，容量高，成本低，所以具有很高的开发潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的纳米储锂材料及制备方法。一种ZnV₂O₄储锂材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用简单的苯甲醇作为溶剂，硝酸锌和偏钒酸铵作为前驱物，通过非水溶胶凝胶方法合成了一种新型ZnV₂O₄储锂材料。

本发明的一种ZnV₂O₄纳米储锂材料，为纳米线缠绕的空心球，球的直径1～2微米，首周充放电比容量达到462毫安时/克，容量在循环三十周以后没有衰减。

本发明的一种ZnV₂O₄纳米储锂材料，制备工艺步骤如下：

步骤1、将摩尔比例为1∶2(质量比为1.27∶1)的硝酸锌和偏钒酸铵加入到高压反应釜中，同时加入苯甲醇作为溶剂和反应物，其中硝酸锌的质量浓度范围为20～400克/升，偏钒酸铵的质量浓度范围为15.7～315克/升；

步骤2、将步骤1中的反应釜，置于160～200℃环境下进行反应，时间为24～96小时；

步骤3、反应完毕后将反应釜在空气中冷却至室温，将得到的产物用无水乙醇洗涤、离心分离及干燥后，即得到ZnV₂O₄纳米储锂材料产物。

本发明所用硝酸锌分子式：Zn(NO3)₂·6H₂O，分子量：297.47。偏钒酸铵分子式：NH₄VO₃分子量：116.98。

本发明的优势在于：

1、整个工艺过程简单易控制，使用的有机溶剂为无毒的苯甲醇，环保，并且反应温度只有160～200℃，节约能源，符合生产的需要。

2、合成的材料纯度高，结晶好。