[发明专利]一种铟铈或铟掺杂纳米纤维结构的钒酸锂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铟铈或铟掺杂纳米纤维结构的钒酸锂及其制备方法和应用，合成方式简单易控，首先采用静电纺丝合成铟铈或铟掺杂Li₃VO₄前驱体，在惰性气体中煅烧得到纤维结构的铟铈或铟掺杂Li₃VO₄材料。独特的纤维网络导电结构不仅有利于电解液的有效浸润，同时能使电解液和活性物质充分接触，从而提高材料的电化学性能。本发明制备的纤维网络状铟铈或铟掺杂Li₃VO₄用做锂离子电极材料具有良好的电化学性能，且工艺简单，条件温和。

技术领域

本发明属于锂电池电极制备技术领域，具体涉及一种铟铈或铟掺杂纳米纤维结构的钒酸锂及其制备方法和应用。

背景技术

Li₃VO₄因其能量密度高，氧化还原电位低(0.5-1V vs.Li⁺/Li)，充放电过程中应变小和易于合成，一直以来作为锂离子电池的负极材料被广泛研究。当3个锂离子嵌入时，其理论容量可达到540mAh g^-1。但是该材料的电子电导性较差，Li⁺离子的扩散系数较低，作为锂离子电池电极时，倍率性能差，同时其形貌也难于调控。因此，研究人员集中于不同形貌微纳结构的、高容量高倍率性能的Li₃VO₄材料的开发。

纳米纤维结构具有大的比表面积，可与电解液充分接触，提供较多的反应位点，从而获得较高的电化学比容量。Liang等(Advanced Energy Materials 10.20(2020).)以醋酸锂和偏钒酸铵分别为锂源和钒源，采用静电纺丝合成了Cr、Si共掺杂的Li₃VO₄材料，用作锂离子电池负极时，表现出优异的电化学性能，与LiFePO₄匹配组装全电池的比能量密度是LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂的2.3倍。但其制备过程复杂，能耗大，耗时长。本发明提供了一种合成纳米纤维结构掺杂Li₃VO₄的简单方法，与该文献中合成掺杂Li₃VO₄的方法相比，其制备周期显著缩短，能耗量明显减少，且过程更易实现、易控制，合成的产物粒径均一，分散性好，同时产物的倍率性能和容量显著提升，在0.01～3V测试电压区间，100mA g^-1电流密度下，放电容量达到569mAh g^-1，经过100圈循环，其容量保持率接近100％。在0.2～3V测试电压区间即使电流密度升高至5000mA g^-1时，材料容量仍然可以达到335.2mAh g^-1。而在Yang等(ChemElectroChem 6.15(2019))所报道的未掺杂纯相Li₃VO₄中，在0.2～3V测试电压区间，200mA g^-1的电流密度下，纯相Li₃VO₄的容量仅有94.1mAh g^-1。同时本发明中的掺杂Li₃VO₄材料电化学性能也明显优于其他同类型文献中的报道，有很好的应用前景。

发明内容

本发明提供一种铟铈或铟掺杂、具有纳米纤维结构Li₃VO₄锂离子电极材料及其制备和应用。合成的纤维状掺杂Li₃VO₄材料尺度均一、比表面积大、电化学性能良好。

本发明的目的是这样实现的。

一种铟铈或铟掺杂纳米纤维结构的Li₃VO₄的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂盐溶解于有机溶剂中形成透明溶液；