[发明专利]一种三氧化二钒负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三氧化二钒负极材料的制备方法及应用。本发明制备三氧化二钒负极材料的方法具体如下：以钒酸铵化合物为前体物质，以硅片为载体，以锂片为还原剂，将上述物质置于坩埚内，于管式炉中煅烧后，自然冷却至室温，即得到V₂O₃负极材料。本发明的制备方法简单易行，生产成本低，安全系数高；制备得到的V₂O₃负极材料具有多级结构，并且材料形貌可控。此外，用制备的V₂O₃负极材料组装半电池，结果显示V₂O₃负极材料的比容量高、倍率性能好、循环性能稳定。本发明制备的V₂O₃材料作为负极材料用于生产锂离子电池，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三氧化二钒负极材料的制备方法及应用。

背景技术

当今世界，能源问题已然成为了各个国家发展的绊脚石。随着传统能源的日益枯竭，开发新能源技术迫在眉睫。目前，锂离子电池以其优异的特性得到了广泛地应用。作为传统铅酸蓄电池、镍镉电池等的替代品，锂离子电池以其能量密度高、使用寿命长、额定电压高、重量轻、高低温适应性强、绿色环保等优点很好地迎合了如今市场的需求。钒材料体系作为锂离子电池电极材料的一种，由于其较高的理论比容量，具有很好的发展前景。钒体系电极材料包括V₂O₃、VO₂、V₂O₅、V₃O₇等，由于钒有3种稳定的氧化态（V⁵⁺、V⁴⁺、和V³⁺），形成氧密堆分布，因此钒的氧化物为锂离子电池嵌入电极材料中很有潜力的候选者。由于V₂O₃中的钒元素属于低价态，所以可用作锂离子电池的负极材料。

目前，对锂离子电池负极材料研究较多的有：金属锂、碳材料、硅材料、锡材料等。金属锂180.54℃的低熔点以及由于锂枝晶的生长会造成安全问题，所以一直没有实现商业化。石墨类碳材料目前应用较多，但其比容量比较低，目前商业化碳负极已经达到或接近其理论比容量，进一步提升的空间较小。硅材料显示出了高比容量，但是在脱嵌锂的过程中会产生严重的体积膨胀和收缩，从而产生破裂、粉化失效，导致材料结构的崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接触。与三氧化二钒相比，锡材料平均工作电压较高，因此也不适合做电池的负极材料。

制备V₂O₃的方法有多种，例如：1）在氢气氛围中，对V₂O₅高温（850℃）加热6小时，还原得到V₂O₃球状颗粒，该方法温度高；2）高温下裂解含钒盐的肼类化合物得到V₂O₃的粉末；3）在氢气气流中还原V₂O₅的凝胶，凝胶的制备周期长；4）在含有少量氢气的氩气氛围中对前驱物（偏钒酸铵、VO₂等）进行高温煅烧，在高温环境下利用H₂还原NH₄VO₃或VO₂（B）从而得到V₂O₃。目前现有制备方法主要存在的问题是温度高、能耗大、制备周期长、材料形貌不可控，并且作为锂离子电池负极材料在充放电过程中容量衰减快，循环稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备V₂O₃负极材料的制备方法及其应用，以克服现有技术中制备V₂O₃温度较高、能耗大、制备周期长等缺陷。

本发明提供了一种V₂O₃负极材料的制备方法，具体步骤如下：