钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线。该钒酸锂复合电极材料较高的放电比容量和良好的循环稳定性。同时，本发明专利技术还提供钒酸锂复合电极材料的制备方法与应用，该方法条件温和，操作简单，适合大规模工业生产，具有广阔的应用前景。

Lithium vanadate composite electrode material and its preparation method and Application

The invention provides a lithium vanadate composite electrode material, which comprises lithium vanadate and silver nanowires coated on the surface of the lithium vanadate. The vanadium lithium composite electrode material has higher discharge specific capacity and good cycling stability. At the same time, the invention also provides a preparation method and application of lithium vanadate composite electrode material, the method has mild conditions, simple operation, suitable for large-scale industrial production, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及电极材料，具体地，涉及一种钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
人类在享受着科学技术发展所带来的高质量生活的同时，却不得不面临着越来越严重的资源匮乏、环境污染等问题。因此，开发和应用新型的清洁能源已经成为了目前最主要问题。在众多的新型清洁能源中，锂电池由于具有体积小、自放电率低、循环稳定性好、无记忆效应、安全可靠、无污染等优点，已经成功吸引了研究人员的广泛关注。并且，锂在已知的金属中质量最轻（M=6.94gmol-1，ρ=0.53gcm-3）、电极电势最低（相对标准氢电极-3.04V），能量密度最高，因此在新型能源中锂电池成为了研究最活跃的领域之一。负极材料在锂离子电池中一般作为储锂的载体，应具备以下特性：首先应可嵌入较多的锂离子；锂离子嵌脱可逆性好；嵌锂过程中循环稳定性良好；与电解液相容性好，基本不发生反应；资源丰富，价格低廉。目前商业化的锂离子电池负极材料主要是碳材料，从根本上解决了早期使用金属锂作为负极材料时所带来的安全隐患。最常用的碳负极材料为石墨化碳，它包括天然石墨、MCMB（石墨化中间相碳微珠）和石墨化纤维等。除上述碳材料外，还有其他材料如：钛酸锂、钒酸锂等，其中，在充放电过程中体积变化非常小，且钒酸锂的电极电位相对较高，但其电导率较低，影响锂电池的充放电比容量和循环性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服钒酸锂作为电极材料的不足，提供一种钒酸锂复合电极材料。本专利技术的另一目的在于提供一种钒酸锂复合电极材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种钒酸锂复合电极材料在电池中的应用。具体地，本专利技术采取如下技术方案：一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线，其中，所述钒酸锂的化学式为Li3VO4。基于上述，所述银纳米线直接包覆在所述钒酸锂的表面，且所述钒酸锂复合电极材料中所述银纳米线的质量分数为5%～15%，其中，所述钒酸锂复合电极材料记为Li3VO4-xwt.%Ag，5≤x≤15。基于上述钒酸锂复合电极材料，它还包括形成在所述钒酸锂和所述银纳米线之间的碳包覆层层其中，所述钒酸锂复合电极材料记为Li3VO4/C-ywt.%Ag，2≤y≤15。基于上述，该钒酸锂复合电极材料中所述银纳米线的质量分数为2%～15%。基于上述，所述银纳米线为长条状的银纳米线。一种上述钒酸锂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：钒酸锂前驱体制备按照一水合氢氧化锂、钒酸铵、柠檬酸的摩尔比为3：1：3的比例，将一水合氢氧化锂、钒酸铵和去离子水混合均匀，制得锂钒混合液；将柠檬酸和去离子水混合均匀，制得柠檬酸溶液；在70～80℃条件下，将所述柠檬酸溶液逐滴加入所述锂钒混合液中搅拌均匀，恒温搅拌直至形成胶状混合物；将所述胶状混合物在100～130℃干燥10～14h，得到钒酸锂前驱体；成品制备将所述钒酸锂前驱体在500～700℃煅烧4～6h，研磨，得到钒酸锂粉末；将所述钒酸锂粉末、银纳米线粉末和无水乙醇共同超声20～50min，混合均匀，得到混合液；将所述混合液在100～130℃真空干燥6～8h，研磨制得所述钒酸锂复合电极材料。基于上述，所述银纳米线粉末的制备步骤包括：将聚乙烯吡咯烷酮-乙二醇溶液、氯化钠-乙二醇溶液和硝酸银-乙二醇溶液混合均匀，在100～190℃反应5～8h，洗涤、离心、干燥、研磨后，得到所述银纳米线粉末。基于上述，所述成品制备的步骤包括：先将所述钒酸锂前驱体在500～700℃的空气气氛中煅烧4～6h，得到所述钒酸锂粉末；将所述钒酸锂粉末、所述银纳米线和无水乙醇共同超声20～50min，混合均匀，得到混合液；将所述混合液在100～130℃真空干燥6～8h，研磨制得所述钒酸锂复合电极材料。基于上述，所述成品制备的步骤包括：先将所述钒酸锂前驱体在500～700℃的氩气气氛中煅烧4～6h，得到碳包覆的所述钒酸锂粉末；将碳包覆的所述钒酸锂粉末、所述银纳米线和无水乙醇共同超声20～50min，混合均匀，得到混合液；将所述混合液在100～130℃真空干燥6～8h，研磨制得所述钒酸锂复合电极材料。一种锂电池负极，其特征在于，所述锂电池负极的活性材料包括上述的钒酸锂复合电极材料。与现有技术相比，本专利技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本专利技术提供的钒酸锂复合电极材料包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线，通过银纳米线的包覆作用以改善该钒酸锂复合电极材料的导电性，使得该钒酸锂复合电极材料具有优秀的充放电比容量和循环性能。经检测，以所述钒酸锂复合电极材料为负极活性材料制备的锂电池的首次放电比容量可高达1878.4479mAhg-1，经过30个充放电循环后，其放电比容量仍达585.2192mAhg-1。同时，本专利技术还提供该钒酸锂复合电极材料的制备方法，该方法先合成的钒酸锂前驱体和银纳米线，将钒酸锂前驱体在不同气氛下煅烧得到钒酸锂粉末，将定量的钒酸锂粉末和所述银纳米线在无水乙醇中分散均匀，干燥、研磨后得到所述钒酸锂复合电极材料，该方法条件温和、易精确控制钒酸锂和银纳米线的含量，适于工业生产，具有广阔的应用前景。附图说明图1为钒酸锂粉末（Li3VO4）的扫描电镜图。图2为碳包覆的钒酸锂粉末（Li3VO4/C）的扫描电镜图。图3为银纳米线（Ag）的扫描电镜图的扫描电镜图。图4为实施例1提供的Li3VO4-5wt.%Ag电极材料的扫描电镜图。图5为实施例16提供的Li3VO4/C-3wt.%Ag电极材料的扫描电镜图。图6为不同包覆比例的Li3VO4-xwt.%Ag电极材料的XRD图。图7为不同包覆比例的Li3VO4/C-ywt.%Ag复合材料的XRD图。图8为Li3VO4/C和Li3VO4的XRD图。图9为不同包覆比例Li3VO4-xwt.%Ag电极材料的循环性能图。图10为不同包覆比例的Li3VO4/C-xwt.%Ag电极材料的循环放电。图11为实施例3提供的Li3VO4-15wt.%Ag材料在1，2，5，10，20，30周的放电平台曲线。图12为实施例16提供的Li3VO4/C-3wt.%Ag电极材料在第1、2、5、10、20、30周的放电平台电压曲线。图13为不同包覆比例的Li3VO4–xwt.%Ag复合材料的首周充放电平台曲线。图14为不同包覆比例的Li3VO4/C-ywt.%Ag电极材料的充放电平台曲线。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线。本专利技术提供钒酸锂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：钒酸锂前驱体制备按照一水合氢氧化锂、钒酸铵、柠檬酸的摩尔比为3：1：3的比例，将一水合氢氧化锂、钒酸铵和去离子水混合均匀，制得锂钒混合液；将柠檬酸和去离子水混合均匀，制得柠檬酸溶液；在70～80℃条件下，将所述柠檬酸溶液逐滴加入所述锂钒混合液中搅拌均匀，继续加热搅拌直至形成胶状混合物；将所述胶状混合物在100～130℃干燥14h，得到钒酸锂前驱体；银纳米线制备将聚乙烯吡咯烷酮-乙二醇溶液、氯化钠-乙二醇溶液和硝酸银-乙二醇溶液混合均匀，在100～120℃反应6h，洗涤、离心、干燥、研磨后，得到银纳米线粉末；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒酸锂复合电极材料，其特征在于，它包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种钒酸锂复合电极材料，其特征在于，它包括钒酸锂和包覆在所述钒酸锂表面的银纳米线。2.根据权利要求1所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，所述银纳米线直接包覆在所述钒酸锂的表面，且所述钒酸锂复合电极材料中所述银纳米线的质量分数为5%～15%。3.根据权利要求1所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，它还包括形成在所述钒酸锂和所述银纳米线之间的碳包覆层层。4.根据权利要求3所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，该钒酸锂复合电极材料中所述银纳米线的质量分数为2%～15%。5.根据权利要求1～4任一项所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，所述银纳米线为长条状的银纳米线。6.一种权利要求1～5任一项所述的钒酸锂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：钒酸锂前驱体制备按照一水合氢氧化锂、钒酸铵、柠檬酸的摩尔比为3：1：3的比例，将一水合氢氧化锂、钒酸铵和去离子水混合均匀，制得锂钒混合液；将柠檬酸和去离子水混合均匀，制得柠檬酸溶液；在70～80℃条件下，将所述柠檬酸溶液逐滴加入所述锂钒混合液中搅拌均匀，恒温搅拌直至形成胶状混合物；将所述胶状混合物在100～130℃干燥10～14h，得到钒酸锂前驱体；成品制备将所述钒酸锂前驱体在500～700℃煅烧4～6h，研磨，得到钒酸锂粉末；将所述钒酸锂粉末、银纳米线粉末和无水乙醇共同超声20～50min...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓雨，朱利敏，谢玲玲，马福宏，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41