[发明专利]一种用于锂离子电池的高容量V2O5薄膜正极材料

说明书

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种用于锂离子电池的高容量V₂O₅薄膜正极材料。

背景技术

锂离子电池是上世纪在锂电池基础上发展起来的新型蓄电池，具有电压高、比能量大、循环寿命长等优点，目前已广泛应用于各种日常小型便携电源，作为电源更新换代产品，在将来有可能应用于大功率电器领域。近年来，随着高性能负极体系的出现，电解质的研究也取得了很大进展。相对而言，锂离子电池正极材料研究较为滞后，限制了锂离子电池整体性能的进一步提高。目前研究比较多的正极材料主要有层状结构的LiMO₂（其中：M=Ni、Co、Mn等），还包含多元体系的混合，但其比容量低和循环性等问题还有待解决。尖晶石型LiMn₂O₄具有安全性能好，易合成等优点也是目前研究较多的锂离子电池正极材料，但在充放电过程中存在John-Teller效应，结构发生畸变，降低了尖晶石结构的对称性，导致循环性能变差。橄榄石晶体结构的LiMPO₄（其中：M= Fe、Mn、Ni、Co等）具有热稳定性好、安全性能高等优点，且在充电状态的稳定性超过了层状结构的过渡金属氧化物，使其特别适用于动力电池材料，但却存在着因电导率低而引起的不可逆容量问题，改善的方法一方面是：通过改变合成方法来制备颗粒细、纯度高的粉体材料；另一方面通过掺杂金属粉末或金属离子来提高其电导率，增加可逆容量。

三斜晶系的V₂O₅，以VO₄四方锥单元通过氧桥结合为链状，链与链之间再通过另一氧桥连接形成一条复链，从而构成平行于[001]平面的层状排列，非常适合锂离子的脱嵌，但在实际应用中仍存在离子传输速率低、电导率低、充放电循环性能差、比容量和能量密度低等问题，限制了其在锂离子电池领域的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，解决锂离子电池容量小，比容量衰减严重的问题，而提供一种用于锂离子电池的高容量V₂O₅薄膜正极材料。

    本发明所涉及的是一种用于锂离子电池的高容量V₂O₅薄膜正极材料，其特征是该材料通过以下方法制备：（1）制备五氧化二钒溶胶：取3mL 30%的双氧水（H₂O₂）溶液置于25 mL的烧杯中，然后将精确称量的0.146 g五氧化二钒（V₂O₅）粉末放入烧杯中，在室温下充分缓慢搅拌使V₂O₅粉末完全溶解，然后加入2 mL 去离子水继续搅拌至形成稳定的红棕色溶胶；（2）配制不同浓度的溶胶：将上述V₂O₅溶胶分别定容到50mL-400ml，得到浓度范围为：0.002 mol/L至0.016 mol/L的V₂O₅溶胶；（3）预处理Pt基底：将待处理的Pt片完全浸没在双氧水中，浸泡10分钟，然后用去离子水冲洗干净，自然风干；（4）制备V₂O₅薄膜电极：用移液器量取10μL的所需浓度的V₂O₅溶胶，铺展在经过预处理的Pt片上，于室温下自然风干后，置于500℃的马弗炉中煅烧2小时，自然冷却至室温，即得到V₂O₅薄膜电极。

通过本方法制备的V₂O₅电极材料形貌特殊，具有两个稳定的充放电平台，表现出高的嵌锂容量和良好的循环性能，具有广阔的应用前景。且该法在电极的制作过程中不涉及导电剂、粘接剂的使用，电极材料直接铺展在电极基底一步完成，制作工艺简单，操作简便，过程易控制，环保。