[发明专利]一种锂离子电池用高容量V2O5·nH2O薄膜电极材料

说明书

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种用于锂离子电池的高容量V₂O₅·nH₂O薄膜电极材料。

背景技术

锂离子电池是上世纪在锂电池基础上发展起来的新型蓄电池，锂离子电池因具有比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性价比高等优点，已经成为当今便携式电子产品的可再充式电源的主要选择对象。作为电源更新换代产品，在将来有可能应用于大功率电器领域。锂离子电池能否实现商业化将主要取决于性能和价格，在锂离子电池的发展过程中，正极材料可能成为制约其大规模推广应用的瓶颈，因而研制性能优越、价格便宜的正极材料是锂离子商业化进程中的关键因素。

目前研究比较多的正极材料主要有层状结构的LiMO₂(其中：M＝Ni、Co、Mn等)，但其比容量低和循环性等问题还有待解决。尖晶石型LiMn₂O₄具有安全性能好、易合成等优点，也是目前研究较多的锂离子电池正极材料。但在充放电过程中存在的John-Teller效应，会导致结构发生畸变，使尖晶石结构的对称性降低，充放电循环性能变差。具有橄榄石晶体结构的LiMPO₄(其中：M＝Fe、Mn、Ni、Co等)热稳定性好、安全性能高，且在充电状态的稳定性超过了层状结构的过渡金属氧化物电极材料，使其特别适用于动力电池。不过由于电导率低而引起的不可逆容量降低了电池的库伦效率。

V₂O₅·nH₂O干凝胶是通过对V₂O₅溶胶的简单蒸发而得到。V₂O₅·nH₂O由相互缠绕的纤维组成，这些纤维又由起伏的带构成，起伏的带呈现二维结构，类似于晶态V₂O₅结构。与之不同的是，V₂O₅·nH₂O中层间V-O键相对较弱，Li⁺嵌入其中，晶格变化较小，适合Li⁺嵌入与脱出，有利于在锂离子电池中的应用。但在实际应用中仍存在离子传输速率低、电导率低、充放电循环性能差、比容量和能量密度低等问题，限制了其在锂离子电池领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、时耗低、工艺简单、成本低廉、性能优良的锂离子电池用高容量V₂O₅·nH₂O薄膜电极材料。

本发明所涉及的锂离子电池用V₂O₅·nH₂O薄膜电极材料通过以下方法制备：

(1)制备V₂O₅溶胶：取适量30％的双氧水(H₂O₂)溶液置于小烧杯中，然后称取一定量的五氧化二钒(V₂O₅)粉末放入烧杯中，在室温下缓慢搅拌使V₂O₅粉末完全溶解，然后加入适量去离子水继续搅拌至形成稳定的红棕色溶胶，定容，得到浓度为0.008mol/dm³的V₂O₅溶胶；

(2)预处理ITO基底：将待处理的ITO导电玻璃片依次用少量乙醇、去离子水进行超声洗涤15-30分钟，自然风干待用；

(3)制备V₂O₅·nH₂O薄膜电极：用移液器量取25μLV₂O₅溶胶，铺展在经过预处理的ITO导电玻璃片的导电面上，于室温下自然风干后，置于150℃的真空箱中烧结2小时，自然冷却至室温，即得到V₂O₅·nH₂O薄膜电极。