[发明专利]一种多孔微纳结构V2O5/C锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源领域，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种利用静电喷雾法制备多孔微纳结构V₂O₅/C锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

能源和环境问题已经成为制约人类社会可持续发展的突出问题。因此，寻找一种清洁、可再生的能源成为了人类亟待解决的问题。太阳能、风能和核能等可再生能源因具有非连续性难以直接利用。化学电源可以将这些能源进行储存和转换，对能源的高效利用、环境保护和可持续发展等都有重大意义。其中锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、自放电小、无记忆效应、环境友好等优点，自上世纪90年代商品化以来，就在社会各个领域发挥着不可替代的作用。作为一类重要的化学电源，锂离子电池由手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备所用电池和潜艇、航天、航空领域所用电池，逐步走向电动汽车动力领域，并初步实现了储能的示范作用，对锂离子电池的比能量、比功率和循环寿命等性能提出了更高的要求。

锂离子电池主要由正极、负极和电解质这三部分组成，其中电极材料及其结构在绝大程度上决定了电池的性能。特别是当前商用正极材料，容量一般在180mAh·g^-1以下，普遍低于商业化的石墨负极材料(理论容量达到372mAh·g^-1)更远低于新型硅基材料(理论容量高达4200mAh·g^-1)，因此正极材料的研究一直是锂离子电池研究与开发的核心，人们对正极材料的研究也将不断深入和完善。

V₂O₅作为一种典型的层状材料具有独特的嵌锂优势。目前新型结构的正极材料V₂O₅与已商业化的LiCoO₂(274·mA·h·g^-1)、LiMn₂O₄(148mA·h·g^-1)、LiFePO₄(170mA·h·g^-1)等正极材料相比，具有较高的理论比容量(储存3个Li⁺时为440mA·h·g^-1，储存2个Li⁺时为294mA·h·g^-1)。但是V₂O₅也存在着以下缺点：(1)、由于在脱嵌锂的过程中体积发生变化，导致较差的循环性能；(2)、较低的电导率(10^-3S·cm^-1-10^-2S·cm^-1)和较低的扩散系数(10^-12cm^-2·s^-1)，导致较差的倍率性能；

这两个缺点使得V₂O₅作为锂离子电池正极材料难以满足对快速充放电的要求，限制了V₂O₅在锂离子电池中的商业应用。现阶段，人们在改善V₂O₅正极材料的电化学性能方面做了大量工作。在张红来的硕士学位论文《聚合物微凝胶模板法制备纳米碳结构电极材料及电化学性能研究》和申请号为201410635144.4的中国专利申请提供了一种V₂O₅纳米材料的制备方法。该方法首先采用乳液聚合法合成交联的PMMA微凝胶球作为模板，利用PMMA微凝胶球中羧基(-COO-)基团与VO²⁺之间的静电引力作用，将VO²⁺吸附于PMMA微凝胶球的三维网孔中，惰性气氛中锻烧后得到多孔V₂O₅/C复合微球，具有较好的电化学性能。然而，该方法工艺较复杂，难以大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的缺陷与不足，提供一种利用静电喷雾法制备多孔微纳结构V₂O₅/C锂离子电池正极材料的制备方法，具有优异的电化学综合性能。