[发明专利]一种银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子正极材料技术领域，公开了一种银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明以正硅酸乙酯、间苯二酚、甲醛、偏钒酸铵等为原料，采用简单的水热法，制备得到的银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料，这种特殊形貌的银耳状中空核壳结构C@V2O5极大提高了现有V2O5正极材料的导电性和稳定性，从而显著改善了其电化学性能。银耳状的形貌增大了比表面积，改善了电化学性能；空心碳球的存在提高了材料的导电性；中空结构极大的提高了材料的稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子正极材料技术领域，更具体地，涉及一种银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高效环保的电化学储能器件被广泛地应用于各种移动电子产品，并且在电动汽车和智能电网等新兴领域有巨大的应用前景。但目前锂离子电池低的能量和功率密度使其在电动及混合动力汽车的应用方面受到限制。

在锂离子电池各组件中，正极材料的性能尤为重要，其性能的好坏极大地制约着锂离子电池整体性能的提高。传统的锂离子电池正极材料，如LiMn2O4、LiFePO4等，存在价格贵、资源有限、结构不稳定等缺陷。与钴、锰相比，钒的价格低廉且储量丰富，具有高比容量等特点。用钒的氧化物中的V2O5作为锂离子电池正极材料时，从理论上说，1个V2O5基本结构单元可以嵌入3个锂离子，对应的比容量为442mAh/g，若脱嵌2个锂离子，对应的理论比容量为294mAh/g，这主要归因于五氧化二钒独特的层状结构以及V原子具有从V5+到V3+的多种氧化态。因此，V2O5作为正极材料表现出明显的优势，有望成为下一代高性能锂离子电池的正极材料。

虽然V2O5的理论比容量高达442mAh/g以上，但在充放电过程中由于Li＋嵌入氧化钒电极材料形成不同相的LiｘV2O5，在这些不同相的钒氧化物中，部分钒氧化物的结构会发生不可逆的改变，且自身较差的结构稳定性、低的电导率（10-2～10-3S.cm-1）以及较差的电化学动力学性能（锂离子扩散系数为10-12～10-13S.cm2.S-1），都会降低氧化钒电极的比容量和循环稳定性。

目前有很多研究工作通过对氧化钒进行纳米化在一定程度上解决了氧化钒自身的结构带来的本征缺陷。将氧化钒制备成一系列具有纳米结构的复合材料，如一维纳米结构的纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带，二维纳米结构的纳米片以及三维或分级纳米结构的纳米球、纳米花等，改变了氧化钒固有的形貌结构，能够增大锂离子的存储容量，缩短离子的扩散距离，降低与锂离子脱嵌有关的机械应力，进而提高锂离子电池的倍率性能和比容量，改善了电化学性能。但仍存在导电性和结构稳定性较差的缺点，导致难以获得高的可逆容量和良好的循环性能，为了获得和保持V2O5电极材料高的可逆容量、良好循环性能和优异的倍率性能仍是一个很大的挑战。

发明内容