[发明专利]一种脱嵌型钒基负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电化学、材料化学和化学电源产品技术领域，更具体地，涉及一种脱嵌型钒基负极材料及其制备方法。本发明所提供的电极材料的化学式为Na₂CaV₄O₁₂。本发明提供的电极材料用于锂、钠、钾离子电池负极材料，具有理论比容量高、安全性能好、循环性能极佳等优点。本发明提供的电极材料所涉及的制备方法合成工艺简单，适用于电动汽车等大功率器件充放电以及大规模储能设备储能，在能源储存领域具有广阔的应用前景。本发明为用于二次电池负极的材料提供了更多的选择。

技术领域

本发明属于电化学、材料化学和化学电源产品技术领域，更具体地，涉及一种脱嵌型钒基负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前较为安全高效的储能设备，拥有容量大和寿命长等优点。然而，目前商业化的锂离子电池难以满足电动汽车对高能量密度的需求。锂离子电池密度主要由电池材料决定，负极材料负责储存来自正极的锂离子。已经商业化的锂离子电池负极材料石墨和Li₄Ti₅O₁₂都有本征缺陷。石墨的工作电位过低，容易引起安全问题。Li₄Ti₅O₁₂的可逆比容量太低、工作平台太高，导致由它组成全电池的能量密度低。

为了应对这样的挑战，钒基化合物被研究用于电化学储能。钒基负极材料拥有较大的理论比容量和安全适中的工作平台（1 V左右）。Li₃VO₄是脱嵌型钒基负极材料的典型代表，其理论比容量达394 mAh g^-1，可逆比容量达360 mAh g^-1，高于目前商业化的石墨负极材料。Li₃VO₄安全适中的工作平台可抑制锂枝晶的生成，高的可逆比容量可满足高能量密度的锂离子电池的要求。但是，Li₃VO₄的循环性能较差（经过1000次循环后比容量剩余51%左右），不能满足长寿命锂离子电池的需求。而且Li₃VO₄的生产成本较高，这是因为Li₃VO₄ 中的Li不能在充放电过程中脱出从而变相增加了其成本。目前脱嵌型钒基负极材料的种类极少，需要开发性能优异的钒基新材料用于电化学储能。

另外，锂资源在地球储量十分匮乏，这导致了锂离子电池的成本较高而不适用于大规模的储能。钠和钾在地球的储量十分丰富，开发钠、钾离子电池用于大规模储能具有很好的前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在开发性能优异的脱嵌型钒基负极材料，该材料用于电化学储能。

本发明还提供了一种脱嵌型钒基负极材料的制备方法。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种脱嵌型钒基负极材料，所述负极材料的化学式为Na₂CaV₄O₁₂。

本发明还提供了一种上述脱嵌型钒基负极材料的制备方法，包括静电纺丝法或喷雾干燥法；所述静电纺丝法制备得到的材料为Na₂CaV₄O₁₂纳米丝；所述喷雾干燥法制备得到的材料为Na₂CaV₄O₁₂多孔微球。

进一步的，所述静电纺丝法具体包括以下步骤：

（1）将钠源、钙源、钒源、还原剂、水均匀混合并加热至60℃形成混合溶液；

（2）将粘结剂加入混合溶液中并搅拌30 min后获得粘稠的纺丝用前驱体；

（3）将纺丝用前驱体作为纺丝液进行纺丝，获得纳米丝前驱体；