[发明专利]一种五氧化二钒正极材料及其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种五氧化二钒正极材料及制备方法及应用，属于锂电池技术领域，具体技术方案如下：一种五氧化二钒正极材料，为三维纳米花结构，纳米花的片层厚度为10～100 nm，三维纳米花上分布有多个孔，孔的孔径大小为1～50μm。所述五氧化二钒正极材料的制备方法如下：步骤一、在惰性导电基底上水热生长三维纳米花结构的二硫化钒；步骤二、将生长三维纳米花结构的二硫化钒的导电基底放入含氧气氛中退火得到具有三维纳米花结构的五氧化二钒正极材料。本发明制备的五氧化二钒正极材料，弥补了五氧化二钒作为正极材料循环过程中结构不稳定，容易坍塌的缺点，增大了材料的电导率以及比表面积，有利于锂离子的嵌入脱出。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种五氧化二钒正极材料及其制备方法及应用。

背景技术

锂电池在人们的生产生活中起到越来越重要的作用，已得到广泛的应用。锂电池由于其具有高能量密度、无记忆效应等优势已经慢慢取代了铅酸、镍氢等传统蓄电池，未来可以预见，锂电池将会全面取代传统电池。

与此同时，锂电池近些年发展有减缓趋势，能量密度的提高成为了锂电池发展的瓶颈。目前3C电池使用的正极材料多为LiCoO₂，动力类材料多为LiFePO₄及三元材料，但是，LiCoO₂理论容量密度虽然较高为274 mAh/g，但是实际能量密度往往只能达到理论能量密度的一半，而LiFePO₄理论能量密度相对不高，三元材料频繁出现安全性问题等，限制了三元材料的广泛应用。

五氧化二钒（V₂O₅）层状正极材料与锂离子具有良好的相容性，储量丰富，易于开采。同时，一个V₂O₅分子能够可逆脱嵌两个锂离子，其理论容量可达294 mAh/g，工作电压窗口在2.0～4.0 V (vs.Li/Li⁺)。但是V₂O₅的锂离子扩散系数较小(10^-12～10^-13 cm²/s)，结构不稳定，循环稳定性较差，电导率较差等因素，限制了其在锂电池中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决V₂O₅的锂离子扩散系数较小，结构不稳定，循环稳定性较差，电导率较差的问题，本发明提供了一种五氧化二钒正极材料及制备方法，利用在惰性导电基底上生长三维纳米花结构的VS₂，进而在含氧气氛中退火，生成含惰性导电基底的V₂O₅纳米花。

本发明的目的之二是提供一种五氧化二钒正极材料的应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种五氧化二钒正极材料，所述五氧化二钒正极材料为三维纳米花结构。

进一步的，所述纳米花的片层厚度为10～100 nm。

进一步的，所述三维纳米花上分布有多个孔，所述每个孔的孔径大小为1～50 μm。

进一步的，所述五氧化二钒正极材料中钒含量为10～50wt%，碳含量为10～50wt%，其余为氧。

一种五氧化二钒正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在惰性导电基底上水热生长三维纳米花结构的二硫化钒；

步骤二、将生长三维纳米花结构的二硫化钒的导电基底放入含氧气氛中退火得到具有三维纳米花结构的五氧化二钒正极材料。

进一步的，步骤一中的惰性导电基底为石墨烯纸或石墨烯泡沫，所述石墨烯纸的厚度为10~100 μm，石墨烯泡沫的质量为2~20 mg。