O薄膜电极材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电极材料领域，特别涉及一种用于锂离子电池的高容量V2O5.ηΗ20薄膜电极材料。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是上世纪在锂电池基础上发展起来的新型蓄电池，锂离子电池因具有比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性价比高等优点，已经成为当今便携式电子产品的可再充式电源的主要选择对象。作为电源更新换代产品，在将来有可能应用于大功率电器领域。锂离子电池能否实现商业化将主要取决于性能和价格，在锂离子电池的发展过程中，正极材料可能成为制约其大规模推广应用的瓶颈，因而研制性能优越、价格便宜的正极材料是锂离子商业化进程中的关键因素。
[0003]目前研究比较多的正极材料主要有层状结构的LiMO2(其中:M= N1、Co、Mn等)，但其比容量低和循环性等问题还有待解决。尖晶石型LiMn2O4具有安全性能好、易合成等优点，也是目前研究较多的锂离子电池正极材料。但在充放电过程中存在的John-Teller效应，会导致结构发生畸变，使尖晶石结构的对称性降低，充放电循环性能变差。具有橄榄石晶体结构的LiMPO4(其中:M = Fe、Mn、N1、Co等)热稳定性好、安全性能高，且在充电状态的稳定性超过了层状结构的过渡金属氧化物电极材料，使其特别适用于动力电池。不过由于电导率低而引起的不可逆容量降低了电池的库伦效率。
[0004]V2O5.ηΗ20干凝胶是通过对V2O5溶胶的简单蒸发而得到。V 205.ηΗ20由相互缠绕的纤维组成，这些纤维又由起伏的带构成，起伏的带呈现二维结构，类似于晶态V2O5结构。与之不同的是，V2O5.ηΗ20中层间V-O键相对较弱，Li+嵌入其中，晶格变化较小，适合Li +嵌入与脱出，有利于在锂离子电池中的应用。但在实际应用中仍存在离子传输速率低、电导率低、充放电循环性能差、比容量和能量密度低等问题，限制了其在锂离子电池领域的应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能耗低、时耗低、工艺简单、成本低廉、性能优良的锂离子电池用高容量V2O5.ηΗ20薄膜电极材料。
[0006]本发明所涉及的锂离子电池用V2O5.ηΗ20薄膜电极材料通过以下方法制备:
[0007](I)制备V2O5溶胶:取适量30%的双氧水(H2O2)溶液置于小烧杯中，然后称取一定量的五氧化二钒(V2O5)粉末放入烧杯中，在室温下缓慢搅拌使V2O5粉末完全溶解，然后加入适量去离子水继续搅拌至形成稳定的红棕色溶胶，定容，得到浓度为0.008mol/dm3的V 205溶胶；
[0008](2)预处理ITO基底:将待处理的ITO导电玻璃片依次用少量乙醇、去离子水进行超声洗涤15-30分钟，自然风干待用；
[0009](3)制备V2O5.ηΗ20薄膜电极:用移液器量取25 μ LV2O5溶胶，铺展在经过预处理的ITO导电玻璃片的导电面上，于室温下自然风干后，置于150°C的真空箱中烧结2小时，自然冷却至室温，即得到V2O5.ηΗ20薄膜电极。
[0010]通过本方法制备的V2O5.ηΗ20薄膜呈现多孔网状的特殊形貌。对本发明制备的V2O5.ηΗ20薄膜电极材料，采用三电极体系，以lmol/dm3的LiClO 4/PC为电解液，V2O5薄膜电极为工作电极，Pt片为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极，进行循环伏安和恒电流充放电测试。测试结果表明:其循环伏安曲线具有两对明显分离的氧化还原峰，充放电曲线具有较明显的放电平台，表现出高的嵌锂容量和良好的循环性能。在充放电电流密度为150mA/g时，其初始放电比容量可达408.75mAh/g，而目前现有文献报道的锂离子电池用V2O5.ηΗ20电极材料，在电流密度仅为80mA/g时，放电比容量仅为390mAh/g。在大电流密度(550mA/g)下进行长时间充放电测试，其初始放电比容量为232.83mAh/g，经过104个周期充放电以后，放电比容量仍能保持198.61mAh/g。与现有文献报道的锂离子电池用V2O5.ηΗ20正极材料相比，本发明提供的V2O5.ηΗ20薄膜正极材料，有效克服了锂离子电池比容量低、充放电循环性能差等问题，显著提高了 V2O5.ηΗ20作为锂离子电池正极材料的应用价值。
[0011]电极制作过程是将V2O5溶胶直接铺展在ITO玻璃基底上一步完成，工艺简单，操作简便，过程容易控制。且过程中不涉及导电剂、粘接剂的使用，可以减少对环境的影响。另夕卜，电极材料的烧结温度仅为150°C，能耗低，可大大降低电极的制作成本。
【附图说明】
[0012]图1 为 V2O5.ηΗ20 薄膜的 SEM 图；
[0013]图2为V2O5.ηΗ20薄膜电极的循环伏安曲线；
[0014]图3为V2O5.ηΗ20薄膜电极的首次充放电曲线(电流密度为150mA/g);
[0015]图4为不同电流密度下V2O5.ηΗ20薄膜电极的放电容量衰减曲线；
[0016]图5为V2O5.ηΗ20薄膜电极的容量衰减曲线(电流密度为550mAh/g);
[0017]图6为V2O5.ηΗ20薄膜电极在充放电前后的循环伏安线；
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明如下:
[0019]实施例1
[0020]—种用于锂离子电池的高容量V2O5.ηΗ20薄膜电极的制备方法如下:
[0021](I)制备V2O5溶胶:取适量30%的双氧水(H2O2)溶液置于小烧杯中，然后称取一定量的五氧化二钒(V2O5)粉末放入烧杯中，在室温下缓慢搅拌使V2O5粉末完全溶解，然后加入适量去离子水继续搅拌至形成稳定的红棕色溶胶，定容，得到浓度为0.008mol/dm3的V 205溶胶；
[0022](2)预处理ITO基底:将待处理的ITO导电玻璃片依次用少量乙醇、去离子水进行超声洗涤15-30分钟，自然风干待用；
[0023](3)制备V2O5.ηΗ20薄膜电极:用移液器量取25 μ LV2O5溶胶，铺展在经过预处理的ITO导电玻璃片的导电面上，于室温下自然风干后，置于150°C的真空箱中烧结2小时，自然冷却至室温，即得到V2O5.ηΗ20薄膜电极。
[0024]如图1是所制备的V2O5.ηΗ20薄膜的电镜扫描图(SEM)。从图中可以看出，V2O5.ηΗ20薄膜由孔径较大的网状蓬松结构构成，孔洞分散且较为均匀，这种形貌使薄膜具有较大的比表面积，有利于增加薄膜与电解液之间的接触面积，缩短锂离子在V2O5.ηΗ20中的脱嵌路径，加快电极上的电荷转移速率，就有助于提高V2O5.ηΗ20薄膜电极的充放电比容量和循环稳定性，从而改善其电化学活性。
[0025]实施例2
[0026]—种用于锂离子电池的高容量V2O5.ηΗ20薄膜电极的制备方法如下:
[0027](I)制备V2O5溶胶:取适量30%的双氧水(H2O2)溶液置于小烧杯中，然后称取一定量的五氧化二钒(V2O5)粉末放入烧杯中，在室温下缓慢搅拌使V2O5粉末完全溶解，然后加入适量去离子水继续搅拌至形成稳定的红棕色溶胶，定容，得到浓度为0.008mol/dm3的V 205溶胶；
[0028](2)预处理ITO基底:将待处理的ITO导电玻璃片依次用少量乙醇、去离子水进行超声洗涤15-30分钟，自然风干待用；
[0029](3)制备V2O5.ηΗ20薄膜电极:用移液器量取25 μ LV2O5溶胶