[发明专利]一种钒酸锌-三氧化钼纳米片锂电池电极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种钒酸锌‑三氧化钼纳米片锂电池电极材料及制备方法。通过在二硫化钼的层间进行钒酸锌的生长，从而简单、高效的获得在纳米级别且厚度均匀的钒酸锌，进一步，利用二硫化钼高温转变为三氧化钼的特性，将已形成片的钒酸锌与三氧化钼烧结组装得到纳米片电极材料。该纳米片电极材料为片状的钒酸锌与三氧化钼层镶嵌形成的类似于三明治，层结构赋予钒酸锌缓冲空间，可有效缓解在嵌锂过程中的体积膨胀，解决了钒酸锌作为锂电池负极材料容量快速衰减的缺陷。特别的，该方法易于控制，得到的钒酸锌‑三氧化钼纳米片电极材料质量稳定，适合于工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种钒酸锌-三氧化钼纳米片锂电池电极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池作为最适合于动力电池的得二次电池，近几年的到了快速的发展。锂电池负极材料一直被石墨类碳材料所垄断，经过二十多年的发展，石墨负极材料已经发展到了它的极限，不管是容量，还是循环性倍率性能、安全性能几乎没有多少提升空间了。目前， 商用锂离子电池负极材料广泛使用石墨及改性石墨的碳类材料，主碳类负极材料因其比容量较低(372mAh/g)，显然不能满足车用锂离子电池大功率、高容量的要求，因而需要研发可替代碳材料的具有高能量密度、高安全性能、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料。

近年来，有大量的研究发现过渡金属氧化物具有较高的理论比容量，是目前石墨负极潜在的替代材料。其中，钒酸锌Zn3(VO4)2 具有特殊的通道结构，可以作为锂离子嵌入/脱嵌载体作为锂电池负极材料。已有研究表明，钒酸锌Zn3(VO4)2作为锂离子电池负极材料首次放电容量达到了1640 mAh/g，远高于石墨碳材料，在锂电池负极材料中具有良好的发展前景。

然而，锂离子电池高密度储能与其电极材料稳定性是一对矛盾体。要实现高密度储能，电极就很难在长期循环中保持完整和稳定的结构。钒酸锌也不列外，但充放电过程中严重的体积膨胀导致电极粉化和颗粒团聚，从而导致容量迅速衰减和低的电导率，致使循环次数低，寿命短。

目前，研究表明通过控制钒酸锌的制备方法，在形貌、维度及尺寸方面控制，能有效地降低充放电过程中由于膨胀对电池性能的影响，并可以提高其电化学性能。通过高温固相法和水热合成法可以制备出不同形貌的钒酸锌材料，但实际的可控性并不高。中国发明专利CN 106159248 A公开了一种锂离子电池用钒酸锌纳米纤维负极材料的制备方法，利用静电纺丝技术制备得到钒酸锌纳米纤维，作为锂离电池负极具有大的比表面积、较短的离子扩散路径、良好的结构和电化学稳定性。如中国发明专利CN 103236531 A公开了一种锂离子电池钒酸锌负极材料及制备方法，以焦钒酸锌为原料，采用高温烧结的方法制备得到片状和颗粒状钒酸锌，是片状与颗粒状的混合体，因此实际的钒酸锌片结构是不可控的，导致了质量的不稳定性。另外，其体积膨胀导致的粉化也未能解决。仍然不能有效的解决由于钒酸锌膨胀而导致电池循环性能下降的问题。因此，设计开发一种能够解决在嵌/脱锂过程中体积膨胀所带来的容量衰减问题，得到高循环稳定性的钒酸锌负极材料具有十分重要的意义。

发明内容

针对钒酸锌用于锂电池负极存在体积膨胀粉化、电容量损失大、寿命短的缺陷，本发明提出一种钒酸锌-三氧化钼纳米片锂电池电极材料，其特征是在通过在二硫化钼的层间生成片状钒酸锌，通过烧结、机械剥离得到由钒酸锌与三氧化钼组装的纳米片电极材料。其显著的特点是形成了优异的片层钒酸锌，并通过与三氧化钼组装异的层结构赋予钒酸锌缓冲空间，可有效缓解在嵌锂过程中的体积膨胀并提高电导率。本发明的另一目的在于提供一种钒酸锌-三氧化钼纳米片电极材料的制备方法，实现稳定的组装和工业化生产的可行性。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种钒酸锌-三氧化钼纳米片锂电池电极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

（1）将二硫化钼用稀硫酸浸润，然后用清水清洗并烘干，通过膨胀，使二硫化钼的层间距增大，变为疏松状二硫化钼；