[发明专利]一种多孔铜掺杂钒氧化物电极材料及其制备方法

说明书

一种多孔铜掺杂钒氧化物电极材料及其制备方法，包括：将铜粉和五氧化二钒粉末经研磨混合得到Cu‑V₂O₅合金粉末；将Cu‑V₂O₅合金粉末和粘结剂、有机溶剂研磨混合得到铸膜液；利用平板刮膜法及浸入沉淀相转化法得到合金膜；对合金膜进行氧化还原热处理，得到多孔铜掺杂钒氧化物复合膜，经裁剪得到一定规则形状的多孔铜掺杂钒氧化物电极材料。本发明的方法工艺简单、价格低廉、有效解决V₂O₅熔点低易结块问题；同时采取活性材料嵌入三维多孔金属膜的方法，提高电极材料体积能量密度和导电性能。

技术领域

本发明属于电化学材料领域，具体涉及一种多孔铜掺杂钒氧化物电极材料及其制备方法。

背景技术

随着人口的日益增加和人们环保意识的日益增强，而地球资源有限，因此具有高能量密度、高电压平台、优异循环性能、清洁环保的锂离子电池被认为目前最有前景的能源之一。另外，由于锂离子电池的比容量限制着动力电源续航能力，开发高性能锂离子电池电极材料成为解决问题的关键。

钒氧化物种类多以及具有不同的价态，因其较高比容量，被人们认为是最为理想的锂离子电池电极材料之一。钒氧化物在氧化还原过程中存在体积变化，特别是由高价钒向低价钒还原，钒氧化物发生体积膨胀，使复合薄膜致密度下降。因此亟待开发出具有新型结构的钒氧化物电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔铜掺杂钒氧化物电极材料的制备方法，通过刮膜-烧结工艺，得到具有孔隙结构的多孔金属膜，为锂离子脱嵌提供有效空间，提高电池性能；同时，以多孔金属膜作为基底，活性物质嵌入多孔金属孔隙中构成一体化电极，进一步提高电极能量密度；并通过改变氢气流速、烧结温度制备二氧化钒、三氧化二钒计量比不同的多孔铜掺杂钒氧化物复合膜。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多孔铜掺杂钒氧化物电极材料的制备方法，包括：

步骤1：将不同粒径的铜粉和五氧化二钒粉末按一定重量百分比，研磨混合得到Cu-V₂O₅合金粉末；

步骤2：将步骤1得到的Cu-V₂O₅合金粉末和粘结剂、有机溶剂按一定重量百分比，混合均匀得到铸膜液；

步骤3：将步骤2得到的铸膜液采用平板刮膜法制得不同厚度的湿膜，并将制得的湿膜通过浸入沉淀相转化法获得多孔结构，晾干后得到合金膜；

步骤4：将步骤3得到的合金膜进行氧化热处理，在空气氛围下进行烧结，其中升温速率为1～10℃/min，烧结最高温度为400～600℃，保温60～120min后自然冷却得到氧化处理后的合金膜；

步骤5：将步骤4得到的氧化处理后的合金膜进行还原热处理，首先在氢气和氩气氛围下进行预反应，其中升温速率为1～10℃/min，烧结最高温度为600～700℃，保温60～120min；然后继续升温，其中升温速率为1～10℃/min，烧结最高温度为700～900℃，保温60～120min后自然冷却得到多孔铜掺杂钒氧化物复合膜；

步骤6：将步骤5得到的多孔铜掺杂钒氧化物复合膜裁剪成一定规则形状，得到多孔铜掺杂钒氧化物电极材料。

进一步的，所述步骤1中铜粉的粒径范围为1～10μm，五氧化二钒的粒径为20μm。

进一步的，所述步骤1中五氧化二钒粉末占Cu-V₂O₅合金粉末的质量百分比为0.5%～7.0%。

进一步的，所述步骤2中粘结剂为聚丙烯腈（PAN），有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）。

进一步的，所述步骤2中Cu-V₂O₅合金粉末、有机溶剂和粘结剂的质量比为（25～20）：（20～15）：1。