[发明专利]一种锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域。一种锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将五氧化二钒与去离子水和双氧水溶液配制成五氧化二钒溶胶；（2）配置含镍的掺杂剂溶液；（3）将上述含镍掺杂剂溶液滴加到五氧化二钒溶胶中，并充分搅拌，得到掺杂溶胶；（4）将上述掺杂溶胶静置陈化1天后转至高温反应釜中，加热进行水热处理；（5）将水热后的产物转至冷冻干燥机进行快速冷冻干燥处理，得到冷冻干燥后的样品；（6）将冷冻干燥后的样品在高纯氩气或氮气气氛中进行高温烧结处理，即得到锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料。该工艺方法简单、操作方便，所制备的正极材料的性能优良。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高性能锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有较高的能量密度、较强的电荷保持能力、宽的使用范围、可快速充放电和无记忆效应等优点，已被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、数码相机等便携式电子设备中。锂离子电池的材料主要为正极材料和负极材料，正极材料在锂离子电池成本中所占比例高达40％左右，并且正极材料从根本上决定了锂离子电池的性能，因此，正极材料为锂离子电池技术的核心和关键，这促使着锂离子电池正极材料的发展和优化。

过渡金属钒的氧化物中，处于五价的稳定化合物五氧化二钒具有良好的层状结构，层内为强烈的共价键，层间为较弱的范德华力，可以让分子或离子在其层间进行可逆的脱嵌。因此，五氧化二钒作为锂离子电池正极材料成为目前重点研究的锂离子电池正极材料之一。但是，V₂O₅的离子迁移率(10^-12～10^-13cm²/s)和电子电导率(10^-2～10^-3S/cm)较低，使得其实际容量较低，且倍率性能和循环寿命较差，极大的限制了该材料的应用。

目前，对五氧化二钒电极材料进行形貌控制以及金属离子掺杂改性来提高其电化学性能。纳米结构的五氧化二钒使得锂离子在纳米结构中的嵌脱路径变短，掺杂后五氧化二钒的层间距得到增大，使得锂离子拥有更广阔的空间，结构上的稳定使得五氧化二钒拥有更高的嵌锂性能、更优的电化学性能。SY Zhan等人(Solid State Ionics,2009,180,1198-1203)以五氧化二钒粉末和草酸为原料，采用溶胶凝胶法制备了五氧化二钒纳米正极材料，在以100mA/g的电流密度充放电时，首次放电比容量可以达到248mAh/g，但是在循环期间表现出连续的较大幅度的容量衰减，特别是在30个循环后容量衰减变得更快。GC Li等人(Journal of Physical Chemistry B,2006,110,9383-9386)五氧化二钒溶于双氧水之后，在180℃水热反应48小时制备了五氧化二钒纳米带，该材料在0.2mA/cm²的电流密度在电压范围1.5-4.0V充放电时，首次放电比容量达到288mAh/g，经过六次充放电循环后放电比容量仅为191mAh/g。上述介绍的五氧化二钒作为锂离子电池正极材料虽然首次放电具有较高的比容量，但是其存在着循环稳定性差，样品制备周期长等缺点。通过本发明制备的镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料样品形貌尺寸均一，所掺杂的镍均匀分布于五氧化二钒纳米片中，作为锂离子电池正极材料具有较高的比容量和优异的循环稳定性，显著提高了五氧化二钒作为锂离子电池正极材料的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、操作方便、性能优良的锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种锂离子电池用镍掺杂五氧化二钒纳米片状正极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将五氧化二钒与去离子水和双氧水溶液(30wt％)配制成五氧化二钒溶胶；

(2)配置含镍的掺杂剂溶液；