[发明专利]钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于锂电池生产技术领域，涉及一种锂电池正极材料，具 体地说，涉及一种钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料的制备方法 及应用。

背景技术

钒氧化物是一种重要的锂离子电池正极材料，与其它正极材料相 比具有较高的理论比容量和原料价格低廉等特点。但五氧化二钒的锂 离子扩散系数和电导率均较低，导致其充放电速率较慢，且循环稳定 性较差，这在很大程度上限制了五氧化二钒在锂电池正极材料上的商 业应用。因此，如何改善五氧化二钒正极材料的电化学性能，提高锂 离子电池的实际比容量和循环稳定性是当前科研工作者的研究热点。 研究发现，在五氧化二钒中原位掺杂一些电导率较高的金属氧化物和 无定形碳等是一种非常有效的方法。掺杂可以调节五氧化二钒的层间 距、层间作用力和电化学性质，从而来改善钒氧化物正极材料的性能。 一方面掺杂银等元素可以形成钒青铜结构，银的存在降低了五氧化二 钒层间排斥力，有利于稳定五氧化二钒的结构，从而提高了循环稳定 性。另一方面银元素有比五氧化二钒更高的电导率，从而提高了锂离 子扩散速率，提高了电池的充放电速率和比容量。

近年来，随着纳米科学技术的发展，一维纳米材料具有高比表面 积和短扩散路径，可以有效的阻止锂离子在电极中的浓差极化，减小 电池内阻并且提高质子扩散性能，从而提高钒氧化物正极材料的嵌锂 容量和充放电速率，在开发新型锂电池电极材料领域显示了巨大的应 用潜力。目前制备银掺杂钒的主要方法是溶胶-凝胶法，固相法，但 这些方法反应温度较高、能耗高、反应周期长，产物的组分、粒径和 形貌不易控制，难以得到纳米尺寸的材料，且材料的电导率和循环稳 定性并未得到根本的改善和提高。

发明内容

本发明提供了一种钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料的制备 方法及应用，可以解决现有锂电池正极材料的制备方法能耗高、反应 周期长、产物的组分、粒径和形貌不易控制而难以得到纳米尺寸的材 料，且材料的电导率低且循环稳定性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料的制备方法，它是采 用一步水热法，包括如下步骤：

(1)将钒盐溶解到质量分数为10％～30％的双氧水中，钒盐和双氧 水的摩尔比为9.79～48.97，加入去离子水稀释后得到摩尔浓度为 0.01～0.05mol/L的透明过氧钒酸溶液；

(2)将银盐分散到去离子水中形成摩尔浓度为0.0005～ 0.02mol/L的掺杂剂；所述银盐和钒盐的摩尔比范围为0.025～0.2；

(3)将掺杂剂银盐混合物倒入过氧钒酸溶液中混合并充分搅拌， 然后倒入水热反应釜内120～200℃条件下水热反应16～24小时，得 到产物；

(4)上述反应产物经离心、洗涤、干燥后，得到钒酸银/氧化钒 一维复合纳米电极材料。

进一步地，所述钒盐溶于双氧水生成的过氧钒酸溶液为前驱液。

进一步地，所述的钒盐是指偏钒酸铵、偏钒酸钠、五氧化二钒中 的一种。

进一步地，所述的银盐为氧化银、硝酸银、乙酸银中的一种。

进一步地，所述氧化钒为正交晶相V₂O₅，所述钒酸银通式为 Ag_0.33V₂O₅。

进一步地，所述钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料的微观形 貌为一维纳米带结构，其形貌可控。

由于钒氧化物用作锂离子电池正极材料存在电导率和锂离子扩 散系数较低，实际比容量远低于理论比容量，且循环稳定性较差等缺 点，本发明的制备方法制得的钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料， 改善了材料的电导率，应用于锂电池中提高了锂离子的嵌入/脱嵌速 率，提高了电池的充放电速率，材料显示了高的比容量和循环稳定性。 本发明采用的一步水热法使得银、钒、氧在分子水平上充分混合，实 现了钒酸银/氧化钒一维复合纳米结构的低温可控制备。

上述制备方法制得的钒酸银/氧化钒一维复合纳米电极材料作为 正极材料应用于锂电池中。

本发明采用水热法制备出了尺寸均匀的一维纳米带结构的钒酸 银/氧化钒电极材料，可以通过控制掺杂剂的量、反应时间等反应条 件从而得到不同形貌、尺寸的产物。