[发明专利]一种自组装花球状锂离子电池正极材料V2O5的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种自组装花球状锂离子电池正极材料V₂O₅的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有放电平台高、能量密度大、循环寿命长、安全性好和绿色环保等优点，已经被广泛应用于各类便携型电子器件。但是该体系仍然存在一些问题，如安全性能差，成本高等。此外，电池的能量密度主要取决于电池正极材料，主流的正极材料的实际比容量都在170mAh/g左右。V₂O₅作为一种具有层状结构的嵌锂材料，属于正交晶系，Pmmn(59)空间群。在V₂O₅晶体结构中，[VO₅]四方棱锥通过共边和共角的方式连接形成二维层状结构，为锂离子的嵌入和脱出提供通道。理论上，当嵌入两个Li⁺时，理论比容量可达294mAh/g。但是，V₂O₅的循环稳定性差，这制约了V₂O₅作为电池材料的进一步发展。同时，其制备工艺过程严重影响着电化学性能。目前，主要的解决方法是将材料进行纳米化，制备出具有自组装结构的V₂O₅，改善其电化学性能。

目前制备V₂O₅粉体的方法主要有沉淀法和水热法。P.Ragupathy等以NH₄VO₃为原料，加入乙二醇制备VEG前驱体，在乙醇中洗涤之后烘干，在600℃煅烧3h制备出纳米板状V₂O₅，在7.5mA/g电流密度下，首次放电比容量为427mAh/g，循环20圈放电比容量仅剩125mAh/g。[P.Ragupathy,S.Shivakumara,H.N.Vasan,et al.Preparation of Nanostrip V₂O₅ by the Polyol Method and Its Electrochemical Characterization as Cathode Material for Rechargeable Lithium Batteries[J].J.Phys.Chem.C.2008,112:16700–16707.]。该方法的制备过程较为复杂，热处理温度较高，产物的循环稳定性差。An-Min Cao等以乙酰丙酮钒为原料，通过沉淀法得到前驱体，在500℃热处理2h得到自组装空心微球结构的V₂O₅。在2.0-4.0V，0.2C电流密度下，首次放电比容量达286.4mAh/g，库伦效率为97.2％。[An-Min Cao,Jin-Song Hu,Han-Pu Liang,et al.Self-Assembled Vanadium Pentoxide(V₂O₅)Hollow Microspheres from Nanorods and Their Application in Lithium-Ion Batteries[J].Angew.Chem.Int.Ed.2005,44:4391–4395.]。该方法制备出由纳米棒自组装的空心微球结构，放电比容量和循环稳定性显著提高。但是，其原料乙酰丙酮钒的成本较高，不利于大规模工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺过程简单、反应周期短、所得粉体化学组成均一、晶体形貌尺寸均一，比容量高且循环稳定性好的自组装花球状锂离子电池正极材料V₂O₅的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方法是：

一种自组装花球状锂离子电池正极材料V₂O₅的制备方法，包括以下步骤：

1)将分析纯的偏钒酸铵溶于乙二醇中，然后加入去离子水制得100mL混合溶液，搅拌均匀得到NH₄⁺的浓度为0.10～0.30mol/L的NH₄VO₃溶液，记为A溶液；

2)调节A溶液的pH值为2.0～4.0后，在60～90℃下加热或在1000-1500W下超声后，得悬浮液；

3)将悬浮液进行离心分离得到粉体产物，再将粉体产物用去离子水洗涤后干燥，得到前驱体；