[发明专利]一种锂离子电池偏钒酸铈负极材料的溶胶－凝胶制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池偏钒酸铈负极材料的溶胶－凝胶制备方法，包括以下步骤：（1）将铈盐和钒源溶于水中，磁力搅拌，直至形成均一稳定的胶体，干燥后得前驱体；（2）将步骤（1）的前驱体研磨后在还原气氛下200‑350℃烧结，自然冷却后，得粉末状材料；（3）将步骤（2）得到的粉末状材料再次研磨后，放入管式炉中，在还原气氛下600‑950℃烧结，自然冷却后，得到偏钒酸铈负极材料。该方法还包括对偏钒酸铈材料进行碳包覆，碳包覆偏钒酸铈的合成是将水溶性碳材料和铈盐、钒源一同加入水中，制备方法同上。该方法得到的材料颗粒均一，结构稳定，表现出了优异的电化学性能，适用于生产高性能锂离子电池负极材料偏钒酸铈。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种锂离子电池偏钒酸铈[CeVO₃]负极材料的溶胶－凝胶制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、高比容量、输出电压高、倍率性能好、库伦效率高、循环寿命长、电池工作温度范围宽、自放电率小、质量轻、体积小、内阻小、环保无污染等种种优点，已广泛地应用于便携式计算机、移动电话等小型电器领域，更有望用于航天航空、动力汽车、通信电源、风能、太阳能、智能电网等兆瓦级储能电站等领域，展示了广阔的应用前景和巨大的经济效益，迅速成为各国电池产业的发展重点。

锂离子电池由锂电池发展而来。以金属锂作为负极材料，硫化钛作为正极材料，制成的锂电池具有极大安全隐患，在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路。1980年Armand提出“摇摆电池”的构想，采用低插锂电位的层间化合物代替金属锂作为负极，以高插锂电位的嵌锂化合物作为正极，组成没有锂金属的二次电池。1991年，Sony公司首先成功将锂离子电池商品化。商品化的锂离子电池以LiCoO₂为正极材料是，以层状结构的石油焦代替金属锂作为负极材料，从根本上解决金属锂负极在充放电过程中存在的枝晶穿透问题，使其安全性和循环性都得到了保障，并保持了锂电池电压高、容量大、重量轻等优点，从而开启了消费类电子产品和移动通讯领域的新纪元。然而，以石墨作为负极有着巨大的安全隐患：由于其嵌锂电位低（~ 0 .1V），锂离子电池充放电过程中容易造成锂金属在负极表面的沉积形成锂枝晶，刺穿隔膜引起短路最终导致电池起火或爆炸。这一点在高功率电池上的表现尤为突出，成为了制约锂离子电池在电动汽车（EV）或混合动力汽车（HEV）方面进一步应用和发展的关键。因此，电池界一直在努力寻找可以替代石墨的负极材料。

近年来对锂离子电池负极材料的研究非常广泛，通常分为以下几类：锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物、锡基负极材料、纳米材料等。其中，尖晶石结构的钛酸锂[Li₄Ti₅O₁₂]在锂离子脱出和嵌入的过程中晶型不发生变化，具有优良的循环寿命和循环性能，被认为是除了石墨以外性能最优异的化合物。但是其嵌锂电位比较高（~1.55V），且容量较低，限制了它的进一步发展。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单、原料来源丰富、适合于工业化生产的方法，即锂离子电池负极材料偏钒酸铈的溶胶-凝胶制备方法。针对已有的高温固相合成方法的缺点，提供了一种利用溶胶凝胶方法合成高性能锂离子电池负极材料偏钒酸铈[CeVO₃]的制备方法，同时对产物进行碳包覆，所述方法能够缩短反应时间，降低反应温度，产物具有优异的电化学性能。用该方法合成的偏钒酸铈[CeVO₃]负极材料具有较高的充放电容量和较好的循环性能。

本发明成功的合成了偏钒酸铈[CeVO₃]，该材料目前没有文献报告其作为锂离子电池负极材料。本发明内容表明，通过该方法合成的材料，特别是在还原性气氛下合成的碳包覆偏钒酸铈[CeVO₃]材料，作为锂离子电池负极材料性能优异，嵌锂电位低，循环性能稳定，结构保持不变，有希望成为下一代锂离子电池负极材料。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的。