[发明专利]一种多孔六棱柱状焦钒酸钴及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种多孔六棱柱状焦钒酸钴(Co₂V₂O₇)及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。该制备方法为运用水热反应和热处理工艺，在不添加表面活性剂的情况下，合成多孔六棱柱状焦钒酸钴，其具体步骤包括：S1.将一定量的钒源、钴源和无机碱性化合物溶于去离子水中，然后将该溶液转置于高温高压反应釜中进行反应，即得焦钒酸钴的前驱体；S2.将步骤S1中的前驱体在空气气氛中煅烧，即得多孔六棱柱状的焦钒酸钴。本发明多孔六棱柱状Co₂V₂O₇材料可用于锂离子电池负极材料中，该材料具有优异的结构稳定性，表现出较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能，可满足动力电池的要求。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种多孔六棱柱状焦钒酸钴负极材料。

为解决环境日益严重和化石能源日益枯竭的问题，发展绿色和可再生能源(如太阳能、风能等)受到了企业和科研人员的高度重视。这些间歇性新能源的有效利用，以及纯电动车、混合动力汽车等的发展，都离不开大规模能量储存。锂离子电池由于其具有高比能量、长循环寿命、低成本、环境友好等优点备受储能领域青睐。锂离子电池的性能主要取决于正极材料和负极材料的好坏。现有的负极材料的充放电比容量、循环性能、倍率性能等一直不太理想。因此，开发具有优异的循环稳定性和倍率性能的高能量密度的锂离子电池负极材料具有重要的现实意义。

目前市场上主要的负极材料有碳系负极(如石墨(372mAh/g))、钛酸锂(165-170mAh/g)、硅基材料(4200mAh/g)等。然而，这些传统的负极材料均存在各种各样的问题。例如传统人造石墨材料的容量较低，且安全系数不高；而硅负极虽具有较高的理论比容量，但其容量衰减极快，很难满足诸如新能源电动汽车的要求，因此有必要发展新型负极材料。

基于此，混合金属氧化物被认为是极具发展前景的负极材料，因为其具有优异的电子/离子电导率、结构稳定性及充放电容量。其中，基于钴和钒的混合金属氧化物由于界面效应和多种金属的协同效应使其具有较高的电化学活性而备受关注。例如，Soundharrajan等(Journal of Colloid and Interface Science,501,2017,133-141)利用金属有机框架前驱体合成出了Co₃V₂O₈负极材料，其在小倍率下可逆容量可以达到约1100mAh/g；Zhang等(Journal of Alloys and Compounds,735,2018,700-706)利用水热法制备出的Co₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O六角微米片用作负极材料时前几次循环容量可达上千mAh/g。另外，发明专利(申请号：201510237523.2)公布了一种以水热法制备石墨烯导向的介孔Co₂V₂O₇纳米片负极材料，在电流密度为5A/g下，首次放电容量为930mAh/g，循环900次后仍有420mAh/g的容量；发明专利(申请号：201710632867.2)公布了一种石墨烯-Co₂V₂O₇复合负极材料。然而，这些负极材料仍然存在一些问题，如电池容量衰减较快、在制备过程中使用了较昂贵的原材料(金属有机框架材料、石墨烯等)，很难实用化。

因此，如何有效克服由于现有焦钒酸钴(Co₂V₂O₇)负极材料的循环稳定性较差及合成成本较高的问题，实现纳米结构Co₂V₂O₇负极材料的简单有效制备和电池性能的提升，具有重要的现实意义。

发明内容