一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物及其制备方法，涉及锂离子电池。所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物具有复合结构，主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。所述复合结构为核壳结构或嵌入交联结构。所述核壳结构的内层为钒基层状氧化物，核壳结构的外层为钒基化合物；所述嵌入交联结构是指在主体钒基层状氧化物中，均匀分布有非主体钒基化合物成分。本体材料制备；本体材料的表面处理；将得到的经表面处理的本体材料与处理试剂混合，煅烧，获得锂离子电池用低电位锂钒基化合物。所制备的锂离子电池用低电位锂钒基化合物的振实密度为1.8～3.0g/cm3，大于石墨负极。低成本、安全、无污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，尤其是涉及。
技术介绍
能源问题与环境问题是本世纪初人类面临的亟待解决的重要课题，是关系到人类可持续发展的关键课题。随着人类工业文明的持续高速发展，必然引起化石能源的短缺。据统计，近百年世界人口人均能源及天然资源消耗量已经增加了 5倍以上。因此，发展无污染、可再生的清洁能源已成为紧迫的课题，也成为未来国家核心竞争力及经济安全的保证。发展以锂离子二次电池等为代表的高效清洁能源是目前解决能源与环境问题的主要技术途径之一。近10年来，锂离子二次电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，发展迅猛，占据了小型二次电池的主要市场份额，并逐步向新能源交通工具及储能等领域拓展，已成为高效清洁能源中最具竞争力的电池体系。以新能源汽车为例，近年来，世界各国政府及全球各大汽车厂商高度重视新能源汽车的发展，并推出了一系列的优惠政策及各类新型电动汽车，刺激整个电动汽车产业链的快速发展。然而电动车对储能系统要求更高，尤其是体积比能量、安全性能等方面。为此，开发高体积比容量的高安全性电极材料，成为近年来研究开发的热点和重点。锂离子电池负极材料是提高锂离子二次电池能量及循环寿命的重要因素。目前，商用的锂离子电池主要采用石墨及改型石墨(碳素材料)作为负极材料，其锂化机理属于典型的嵌入机理。然而石墨的理论容量偏低，其利用率已经达到了它的极限(372mAh/g)，并且由于碳素材料的密度较低(2.25g/cm3)，其体积比容量只有840mAh/cm3，难以满足高体积密度场合的应用。此外，传统石墨负极材料的嵌锂电位较低，接近锂金属析出电位，大电流放电条件下容易形成锂枝晶，存在 较大的安全隐患，科学家一直在寻找可替代碳素材料的负极材料，非碳负极的开发也是世界各大电池厂商必争之地。2008年，中国专利CNlOl 188291A公开的一种锂钒氧类负极材料与文献(N.S.Choi, J.S.Kimj R.Z.Yin, S.S.Kimj Electrochemical properties of lithiumvanadium oxide as an anode material for lithium-1on battery,Mater.Chem.Phys.2009，116,603.)所述相同。低电位嵌入型锂钒氧化物LiLxV^xO2 (LVO)是一类新型负极材料。与目前研究较多的嵌入式负极材料Li4Ti5O12相比(锂化电位约1.5V)，其具有安全且较低的锂化电位(约0.1V);并且由于其密度大约为石墨材料的2倍，与钛酸锂材料相当，因此Li1JhO2不仅体积比容量达到了 1360mAh/cm3，利用其组成的锂电池工作电压也远高于钛酸锂电池。然而该材料循环性能不佳，为解决此问题，中国专利CN101226996A和CN101222043A分别公开了基于此材料的电池组装技术，表明该材料具有大规模应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物具有复合结构，主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。所述复合结构可为核壳结构或嵌入交联结构。所述核壳结构的内层为钒基层状氧化物，核壳结构的外层为钒基化合物；所述嵌入交联结构是指在主体钒基层状氧化物中，均匀分布有非主体钒基化合物成分。由于非主体钒基化合物的存在，改变了复合材料的电化学反应路径，从根本上改变了主体材料的电化学性能。所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物的通式为LixVMz02_mXn，其中M为掺杂金属元素，X为掺杂的非金属元素，0.1<χ<1, 0〈ζ〈0.4，0<m<l, 0〈n〈2。更具体的锂离子电池用低电位锂钒基化合物可以表述为LixVhyMzCVm.VyXn，其中LixVhMzCVm为层状锂钒基化合物，VyXn为非主体材料，其存在方式可以为包覆主体材料或均匀分布于主体材料中。更具体地说，非主体材料具有较高的电子或离子导电系数、较低的溶解度及抗腐蚀性、较快的转换反应常数等特征性质中的一种或几种。所述掺杂金属元素M可选自Mn、Cr、Al、Co、Mo、T1、N1、Al、Zn、Cu、La等离子中的至少一种，所述掺杂金属元素M的主要作用在于提高本体材料的结构稳定性及电化学容量；所述掺杂的非金属元素X可选自S、C、O、P、N、F等离子中的至少一种，所述掺杂的非金属元素X的作用在于形成非主体材料。所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物的制备方法包括以下步骤:I)本体材料制备；2)本体材料的表面处理；3)将步骤2)得到的经表面处理的本体材料与处理试剂混合，煅烧，获得锂离子电池用低电位锂钒基化合物。在步骤I)中，所述本体材料的制备可采用固相反应法、水热合成法、溶胶凝胶法或熔融盐法等方法；所述本体材料的颗粒尺寸可为0.2?I μ m，具有层状锂离子电池用低电位锂钒基化合物的特征X射线衍射谱图，制备过程中可注意材料具有较高的结晶性及纯度。在步骤2)中，所述本体材料的表面处理可采用溶液浸溃、离子溅射、化学沉积、机械筛分、高能球磨或喷雾造粒等方法，其目的在于保证材料的形貌均一性，调控材料的表面状态；通过表面处理后的本体材料应具有较大的比表面积、较活泼的表面官能团或者在本体材料内部制造出孔道；所述经表面处理的本体材料的粒径可为5?15 μ m，具有需要的规则形貌，该粒径为二次堆积粒径，可提高复合材料整体振实密度。在步骤3)中，所述处理试剂可采用在高温下可气化或分解产生气体的固态化合物，所述在高温下可气化或分解产生气体的固态化合物可选自固态S、白磷、NH4F、NH4NO3、尿素、甲苯等中的至少一种；所述煅烧的条件可为在惰性气体气氛下，温度为900°C，时间为2?6h，处理试剂分解所产生的气体与本体材料反应，在其表面、孔道或局部生成足量的非主体材料，改善复合材料电性能。本专利技术所制备的锂离子电池用低电位锂钒基化合物的非主体钒基化合物经过高温处理后，具有典型的无定形特征，高倍的透射电子显微镜下只可观察到主体材料的晶格条纹。本专利技术所制备的锂离子电池用低电位锂钒基化合物的振实密度为1.8?3.0g/cm3,大于石墨负极。通过步骤I)所制备的本体材料的比表面积为0.3?1.5m2/g,最终制备得到的锂离子电池用低电位锂钒基化合物的整体比表面积为0.5?3m2/g。本专利技术所制备的锂离子电池用低电位锂钒基化合物的质量比容量为300?400mAh/g，其体积比容量为1000?1300mAh/cm3，均高于石墨负极的质量比容量为370mAh/g及体积比容量840mAh/cm3。因此，锂离子电池用低电位锂钒基化合物也可与石墨混合使用，可根据所需的振实密度，在1.0?3.0g/cm3之间调整使用。本专利技术立足于开发新型高体积比容量的二次锂电池负极材料，提出了不同于
技术介绍
部分所述专利的一种新型的锂离子电池用低电位锂钒基化合物及其制备方法。该材料主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。通过构建复合结构，由于非主体材料的存在，大大改善了原有材料的循环性能以及从根本上实现复合材料整体电化学性能的改变。该新型材料与现有负极材料相比，不论体积比容量、质量比容量均具有一定优势，具有广阔的应用前景。所述锂离子电池用低电位锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于具有复合结构，主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于具有复合结构，主体为钒基层状氧化物，其余部分为钒基化合物。2.如权利要求1所述一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于所述复合结构为核壳结构或嵌入交联结构。3.如权利要求2所述一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于所述核壳结构的内层为钒基层状氧化物，核壳结构的外层为钒基化合物；所述嵌入交联结构是指在主体钒基层状氧化物中，均匀分布有非主体钒基化合物成分。4.如权利要求1所述一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于所述锂离子电池用低电位锂fL基化合物的通式为LixVMz02_mXn,其中M为掺杂金属元素,X为掺杂的非金属元素，0.1〈χ〈1, 0〈ζ〈0.4，0〈m〈l, 0〈n〈2。5.如权利要求4所述一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于所述锂离子电池用低电位锂钒基化合物的通式为LixVpyMzCVm.VyXn，其中LixVhMzCVm为层状锂钒基化合物，VyXn为非主体材料，其存在方式为包覆主体材料或均匀分布于主体材料中。6.如权利要求4所述一种锂离子电池用低电位锂钒基化合物，其特征在于所述掺杂金属元素M选自Mn、Cr、Al、Co、Mo、T1、N1、Al、Zn、Cu、La离子中的至少一种；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，崔王君，张鹏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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