[发明专利]一种钠离子电池负极球状V2

说明书

一种钠离子电池负极球状V₂O₃/C材料的制备方法，将糖类化合物和乙酰丙酮氧钒加入至N,N‑二甲基甲酰胺中，加热搅拌至溶解，然后进行水热反应，采用酒精洗涤离心、干燥，最后热处理得到V₂O₃/C材料。本发明采用溶剂热的方法，制备纳米级别的V₂O₃/C一次颗粒，提高V₂O₃/C材料的电化学性能，同时一次纳米颗粒形成微球缓解钠离子脱嵌后造成的体积变化，保持材料在长程充放过程中的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种钠离子电池负极球状V₂O₃/C材料的制备方法，尤其是涉及一种具备纳米一次颗粒（所述一次颗粒为最先形成的不可以独立存在的颗粒，它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在）的花瓣状的钠离子电池负极球状V₂O₃/C复合材料的制备方法。

背景技术

能源是支撑整个人类文明进步的物质基础。随着社会经济的高速发展，人类社会对能源的依存度不断提高。目前，传统化石能源如煤、石油、天然气等为人类社会提供主要的能源。化石能源的消费不仅使其日趋枯竭，且对环境影响显著。因此改变现有不合理的能源结构已成为人类社会可持续发展面临的首要问题。目前，大力发展的风能、太阳能、潮汐能、地热能等均属于可再生清洁能源，由于其随机性、间歇性等特点，如果将其所产生的电能直接输入电网，会对电网产生很大的冲击。在这种形势下，发展高效便捷的储能技术以满足人类的能源需求成为世界范围内研究热点。

目前，储能方式主要分为机械储能、电化学储能、电磁储能和相变储能这四类。与其他储能方式相比，电化学储能技术具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等特点，最符合当今能源的发展方向。电化学储能历史悠久，钠硫电池、液流电池、镍氢电池和锂离子电池是发展较为成熟的四类储能电池。锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点。但其仍然存在很多问题，如电池安全、循环寿命和成本问题等。而且随着锂离子电池逐渐应用于电动汽车，锂的需求量将大大增加，而锂的储量有限，且分布不均，这对于发展要求价格低廉、安全性高的智能电网和可再生能源大规模储能的长寿命储能电池来说，可能是一个瓶颈问题。金属空气电池由于其超高的理论比能量，也受到了广泛的关注。

因此，亟需发展下一代综合效能优异的储能电池新体系。相比锂资源而言，钠储量十分丰富，约占地壳储量的2.64%，且分布广泛、提炼简单，同时，钠和锂在元素周期表的同一主族，具有相似的物理化学性质。而且钠离子电池具有与锂离子电池类似的工作原理，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na^＋从正极脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na^＋从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。在正常的充放电情况下，钠离子在正负极间的嵌入脱出不破坏电极材料的基本化学结构。从充放电可逆性看，钠离子电池反应是一种理想的可逆反应。因此，发展针对于大规模储能应用的钠离子电池技术具有重要的战略意义。

但是由于钠离子的直径较大，大量钠离子的脱嵌会造成材料的巨大体积变化而使得材料结构发生破坏，使得容量急剧衰减，因此限制了钠离子电池的应用。

钒氧化物由于成本低、产量充足等特点，而被广泛的应用于钠离子电池、超级电容器等电化学储能领域。钒氧化物具有丰富的价态变化以及特殊的层状结构，因而相比于其他非贵金属过渡金属氧化物，具有更高的电荷储存能力。但是，V₂O₃材料与其他氧化物材料一样也存在着首次充放电库伦效率低、充放电循环稳定性差的缺点。

发明内容