[发明专利]一种通过镧离子预嵌提高双层五氧化二钒钠离子电池正极材料循环稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种通过镧离子预嵌提高双层五氧化二钒钠离子电池正极材料循环稳定性的方法。首先以商业化五氧化二钒（V₂O₅）粉体为钒源，硝酸镧（La(NO₃)₃）为镧源，双氧水（H₂O₂）为助溶剂，采用溶胶‑凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备La³⁺预嵌V₂O₅·nH₂O前驱体，然后在空气中进行退火处理，得到La³⁺预嵌V₂O₅·nH₂O电极材料。本发明通过适量的La³⁺预嵌V₂O₅·nH₂O可以明显提高V₂O₅·nH₂O作为钠离子电池正极材料的循环稳定性，同时该方法还具有制备方法简单、成本低、产率高和反应条件容易控制等优点。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料的技术领域，具体涉及一种通过适量的La³⁺预嵌提高双层五氧化二钒(V₂O₅·nH₂O)作为钠离子电池正极材料的循环稳定性的方法。

背景技术

目前钠离子电池受钠离子较大的离子半径的影响，致使钠离子在电极材料中遭受更大的扩散阻力，同时对电极材料结构造成严重破坏，最终导致其循环稳定性差和大电流密度下充放电容量低，因此，严重制约了钠离子电池的发展。

具有典型双层结构的五氧化二钒(V₂O₅·nH₂O)因具有较大的层间间距非常有利于钠离子的快速嵌/脱，同时具有价格低廉、容易制备等优点，被认为是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。然而，V₂O₅·nH₂O层状结构不稳定和固有的导电性差的缺点严重影响了其储钠性能。研究发现，金属阳离子预嵌能够通过影响电极材料的内部晶体结构和电子结构，从本质上提升电极材料的结构稳定性和导电性。同时，在预嵌过程中，由于金属阳离子所带较强正电荷的影响会在材料内部造成氧缺陷，形成更为开放的框架结构，可为Na⁺的快速嵌/脱提供更多迁移和扩散通道。同时伴随氧缺陷的出现，体系中部分V⁵⁺被还原成V⁴⁺，低价V⁴⁺的存在非常有利于材料导电性的提升。La作为稀土元素的一种，具有储量丰富和化学性质稳定的优点，同时它的物理化学性质与碱金属元素和过渡金属元素明显不同。

本发明提出一种采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术，将适量的La³⁺预嵌入V₂O₅·nH₂O材料层间，以提高双层五氧化二钒(V₂O₅·nH₂O)作为钠离子电池正极材料的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过适量的La³⁺预嵌提高V₂O₅·nH₂O作为钠离子电池正极材料的循环稳定性的方法。

具体步骤为：

(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V₂O₅)粉体与3.85mL去离子水混合，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30％的H₂O₂，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V₂O₅凝胶。