五氧化二钒空心球:性能优异的锂离子电池正极材料

锂离子电池作为一种高效环保的电化学储能器件被广泛地应用于各种移动电子产品,并且在电动汽车和智能电网等新兴领域有巨大的应用前景。层状结构的五氧化二钒可作为锂离子电池的正极材料,具有高容量、价格低、易于合成等优点,长期以来受到广泛的关注和研究。然而,较低的电子、离子传导速率和较差的结构稳定性严重限制了五氧化二钒正极材料的倍率性能和循环性能。近期新加坡南洋理工大学楼雄文教授及其课题组通过模板法合成了具有多层复杂结构的五氧化二钒空心球。该材料作为锂电正极材料表现出优秀的电化学性能

氧化物空心结构由于其独特的物理化学性质在能源相关领域,例如太阳能电池和电化学储能方面有着广泛的应用。然而可控地合成高质量的氧化物空心结构,尤其是复杂空心结构对于许多氧化物来说仍然非常困难。该课题组利用水热法合成的碳球作为硬模板,通过溶剂热法在富含亲水基团的碳球表面生长一层均匀的钒基前驱物,并进一步高温焙烧得到具有多层复杂结构的五氧化二钒空心球。作为锂离子电池的正极材料,多层五氧化二钒空心球具有许多独特的优点:纳米尺度的外壳缩短了锂离子扩散的距离,从而提升材料的快速充放电性能;多孔的空心结构有利于电解液的渗透以及和活性材料的接触,促进电化学反应的进行;多层的空心结构可以有效地缓冲锂离子嵌入带来的应力和结构的破坏;微米级的颗粒可以提供较高的结构稳定性。以上若干因素的共同作用有效地提升了五氧化二钒正极材料的电化学储锂性能。在2 – 4 V的电位区间内以300 mA g-1的电流密度进行测试,首次放电容量可达290 mA h g-1,明显优于单层的五氧化二钒空心球,并且展示出优秀的循环和倍率性能。