[发明专利]一种静电喷雾制备钒酸锂多孔薄膜的方法及应用

说明书

本发明公开了一种静电喷雾制备钒酸锂多孔薄膜的方法，包括以下步骤：将偏钒酸铵溶于去离子水中，然后加入二水醋酸锂继续搅拌，接着加入1,2‑丙二醇，搅拌得到前驱液；将多孔金属用冲片机冲成一定尺寸的圆片，置于盐酸中进行超声处理，然后依次用去离子水和无水乙醇清洗，真空干燥，最后用辊压机辊压至一定厚度得到多孔基底；将前驱液注入静电喷雾装置的注射泵中，将多孔基底加热到一定温度，然后将前驱液均匀喷雾在多孔基底上得到钒酸锂前驱体薄膜；将钒酸锂前驱体薄膜置于管式炉中，管式炉中通入流动的氮气和氢气混合气体，将管式炉升温到一定温度，保温一定时间得到钒酸锂多孔薄膜。本发明还公开了上述钒酸锂多孔薄膜作为锂离子电池电极材料的应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极技术领域，尤其涉及一种静电喷雾制备钒酸锂多孔薄膜的方法及应用。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对能源的需求不断增加，同时由于传统化石燃料的逐渐枯竭及其带来的环境污染问题日益严重，探索和发展新型环保、绿色、高效、可持续新能源材料变得日益迫切。锂离子电池作为二次绿色储能材料在人们生活、生产的各个方面得到了快速地发展，尤其是近年来电动汽车的迅速推广，极大地推动了锂离子电池的应用。锂离子电池主要由电极材料(正、负极材料)、隔膜、电解液及封装材料构成，其中电极材料性能的优劣直接影响了锂离子电池性能。目前成熟的商用锂离子电池负极材料包括，商用石墨、钛酸锂等。尽管这些材料在应用中有着很大的优势，但也存在着诸多的缺陷，如石墨，在充放电过程中较大的体积变化导致了其较差循环稳定性和倍率性能，较低的电压平台带来了一系列的安全隐患；而对于钛酸锂，其过高的电压平台严重的削弱了全电池的能量密度，且其较低的理论比容量(175mAh/g)也限制了其大规模应用。因此，开发同时具备高比容量，优异循环稳定性和倍率性能，合适、安全电压平台的负极材料是锂离子电池研究中最核心的课题之一。

近期，以钒基氧化物为代表的新型的脱嵌型锂离子电池负极材料Li₃VO₄由于其优异的电化学性能而不断的受到人们的关注。第一，Li₃VO₄有着合适的电压平台(0.5-0.8V)，可有效避免由于电位过低造成的锂枝晶产生而带来的安全问题，同时其相对于钛酸锂较低的电压平台还保证了全电池的能量密度。第二，Li₃VO₄可以提供较高的可逆比容量，据文献报道，在100mA/g的电流密度下，其可逆比容量可高达600mAh/g，远高于商用石墨和钛酸锂。第三，Li₃VO₄材料在充放电的过程中其体积变化率仅为4％，因此具有很好的循环稳定性。第四，Li₃VO₄材料是一种优良的离子型导体，因此在充放电的过程中具有很好的锂离子导通的性质。

但是，Li₃VO₄材料由于其较大的带隙(3.9eV)决定了其近乎绝缘体性质的导电能力(10^-10S/m)，从而限制了其在锂离子电池方面的进一步发展和应用。

基于纳米技术修饰，并通过和高导电性材料的复合，一直被广泛应用于提高电极材料的电子导电性。有文献报道，通过水热法或者模板法等方法构造特殊形貌的钒酸锂，同时与石墨烯、碳纳米管、石墨等导电性优良的材料复合，可以获得电化学性能较好的钒酸锂电极材料。但是，由于成本高、量产低、过程繁琐以及其储锂性能不够优异等一系列问题的存在，使得钒酸锂材料的应用仍然受到诸多的限制。因此探索一种新的、低成本、高产量的制备方法以获得性能更加优越的钒酸锂负极材料具有重要意义。

发明内容