[发明专利]一种五氧化二钒空心微球及其制备方法和在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种五氧化二钒空心微球及其制备方法和应用、及含有所述五氧化二钒空心微球的锂离子正极；所述方法制备得到的五氧化二钒空心微球的外部直径为800‑1100nm，内部直径为300‑700nm；以所述五氧化二钒空心微球为活性材料的锂离子电池的正极，具有较好的循环性能、较高的充放电比容量，优良的倍率性能，循环稳定性好，将其与商业化的锂离子负极材料组装成全电池表现出较高的比容量和较稳定的循环性能。所述制备方法简单、反应条件温和、反应体系简单、可控性、重复性好、对设备的要求不高、适合于大规模、工业化生产，从而提高了电解液与电极材料的接触，缩短了锂离子的扩散距离，提高了材料的比容量和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种五氧化二钒空心微球及其制备方法和在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

与其他充电电池相比，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电及自放电率低等众多独特的优点。因此，其在便携用电设备，如移动电话、摄像机、手提电脑等，甚至交通工具等领域中都起着至关重要的作用。目前，锂离子电池的正极材料主要是层状结构的LiCoO₂，尖晶石结构的LiMn₂O₄和橄榄石型结构的LiFePO₄，三种材料能发挥出来的最大容量分别为140mAh/g、148mAh/g和170mAh/g；其中，层状结构的LiCoO₂是目前市场应用最为广泛的正极材料之一，但是其存在着钴金属资源昂贵、泄露后容易造成二次污染等问题；而橄榄石型结构的LiFePO₄材料具有更高的电压窗口和原料来源丰富等优势，但是由于其结构上的原因，其倍率性能和低温性能较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种五氧化二钒空心微球及其制备方法，由该五氧化二钒空心微球为活性材料制备的锂离子电池用正极，具有较好的循环性能，能够缓解锂离子嵌入/脱出过程中所引起的体积变化，应用潜力较大。

发明人发现，五氧化二钒材料具有合成原料来源丰富，原料价格低廉，合成工艺简单等特点，另外，五氧化二钒是一种层状结构材料，可作为锂电池正极的活性材料使用，其在充放电过程中每摩尔正极材料可以进行可逆脱嵌，得到3mol的锂离子，使其具有接近300mAh/g的比容量。但是在完全脱嵌3mol锂离子的过程中，会对五氧化二钒材料的结构造成不可逆的破坏，导致容量的衰减。但在保证该材料长循环寿命这一条件下，在可逆脱嵌1mol锂离子过程中也可以获得至少147mAh/g以上的比容量。可见五氧化二钒作正极材料具有较高的理论比容量。另外，五氧化二钒还具有电子导电率低和离子导电率低等特点，通过控制五氧化二钒的尺寸形貌可以有效的缩短锂离子的扩散距离，提高电荷输运效率，从而有效提高材料的电池性能。基于这样的思路，完成了本发明。

本发明的目的之二在于提供一种以上述五氧化二钒空心微球为活性材料的锂离子电池用正极和含有该正极的锂离子电池。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种五氧化二钒空心微球的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)配制钒盐前驱体溶液；

(2)向上述钒盐前驱体溶液中依次加入间苯二酚和甲醛水溶液，并在一定温度下进行反应，制备得到钒盐-酚醛树脂复合物；

(3)步骤(2)制备得到的钒盐-酚醛树脂复合物经焙烧后，即制备得到所述五氧化二钒空心微球。

根据本发明，在步骤(1)中，采用偏钒酸铵、乙酰丙酮钒、氯化钒、三氧化二钒、五氧化二钒、乙酰丙酮氧钒中的一种或多种作为钒源配制钒盐前驱体溶液；优选为偏钒酸铵。

根据本发明，步骤(1)具体包括如下步骤：

(1a)配制钒源的水溶液，并加入配位剂；