[发明专利]一种高性能一维纳米结构氧化钒锂离子电池电极材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水热高温混合合成高性能氧化钒粉体的方法，尤其涉及一种适用于合成高性能介稳相VO₂（B）、介稳相VO₂（A）和稳定相V₃O₇·H₂O氧化钒粉体的方法，制备得到的材料可以用于制作锂离子电池电极材料，属于储能材料领域。

背景技术

随着经济和社会的高速发展，现代人们的各类生产活动都与电能息息相关。特别是工业化、科技化的今天，人类和电更是密不可分。由于化石燃料的大规模使用，使得化石燃料资源逐渐减少，同时对环境造成了巨大的污染，以传统化石能源为主的能源结构早已不能满足时代发展的需求，对新能源的开发与利用因此而变得迫切。目前已知的新能源如太阳能、风能、水能、潮汐能等，虽得到了不同程度的利用，但由于受季节、地区等因素的影响很大，不能持续稳定的供给使用，能量储存的概念应运而生。新能源技术的迅速发展对相应的能量储存设备的要求越来越高，多种多样的便携式电子设备的广泛使用，对轻便灵活的储能设备也提出更高的要求。为降低大气污染的程度，电动交通工具的发展已成为必然，这同样需要高性能的储能装置。一次电池虽使用方便，但由于不能循环使用，会对环境造成巨大污染，且容易因为电解液泄露引发安全问题。因此，研究高能量密度、高安全性、无污染的二次电池已成为很多人关注的热点之一。

二次电池的种类有很多，其中主要的有镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池四类。锂离子电池以高开路电压、高比能量和比容量、小的自放电、优良的循环性能、长的循环寿命、绿色环保及无记忆效应等优点而发展迅速，并在移动电话、照相机、笔记本电脑等各类便携式电子设备上得到广泛应用，更是新能源储能和电动汽车的理想电源。为满足各种设备及动力汽车等的要求，锂离子电池的性能有待进一步提高。而电极材料对于锂离子电池性能的发展及其进一步提高起着非常重要的作用。目前，负极材料在锂离子电池技术的发展过程中已经相对成熟，商业化的锂离子电池一般都采用碳素材料作为负极材料，如石墨、软碳、硬碳等，其中石墨材料的理论充放容量可达到372 mA·h/g，具有非常良好的层状结构。相对于负极材料，锂离子电池正极材料的研究还不够成熟。正极材料的选取、利用与开发已成为制约锂离子电池整体性能和应用前景的关键因素。作为锂离子电池的正极材料一般应满足以下几点要求：

a)  Li⁺可以可逆地大量嵌入和脱嵌，同时不会引起材料结构很大的变化；

b)  具有高的氧化还原电位；

c)  有较高的电子电导率和Li⁺扩散系数；

d)  与电解质不发生化学反应，稳定性好等；

e)  材料应价格低廉，绿色环保。

锂离子电池正极材料的种类较多，目前研究相对比较成功的材料主要集中为过渡金属嵌锂化合物，根据结构的不同，可主要分为三类：尖晶石结构化合物、聚阴离子型化合物、层状过渡族金属氧化物。在这三类电极材料中，层状过渡族金属氧化物因为具有稳定的层状晶体结构，可以允许锂离子快速、可逆地进行嵌入脱嵌，被认为是一种理想的电极材料。氧化钒作为一种典型的层状过渡族金属氧化物，具有多种价态和多种晶相，它的很多氧化物（如：V₂O₅、V₃O₇、VO₂ (B)、VO₂ (A)等）都有过渡族金属氧化物典型的层状结构，因此都是非常具有潜力的锂离子电池电极材料。