Small Methods: 多酸转化制备锂离子电池高性能三维多孔γ-LiV2O5正极

受限于目前商业化的锂电正极材料的储锂容量,开发嵌入型高容量锂电正极材料是当务之急。锂钒氧化合物以较高的比容量和成本低廉等特点,有望成为一种理想的正极材料。其中,γ-LiV2O5材料具有284 mAh/g的高比容量和高放电平台,是比传统V2O5更理想的正极材料。但是,γ-LiV2O5合成难度高、循环稳定性差、锂离子扩散速率慢等问题严重限制了该材料在锂离子电池中的应用。

       近日,中山大学材料科学与工程学院的朱昌宝教授和中国科学技术大学余彦教授等针对以上问题,提出了一种将多金属氧酸盐(多酸)转化制备高容量锂电正极的方法,即利用多酸前驱体结合静电喷雾沉积技术制备特殊三维多孔γ-LiV2O5薄膜正极材料。该方法不仅实现了γ-LiV2O5正极材料的一步合成,三维多孔结构还可以有效促进电解液的渗透和接触,大大提高锂离子扩散速率的同时改善了循环稳定性,实现了高能量和功率密度正极材料的制备。

       由于稳定的分子结构和多电子氧化还原活性,多酸化合物可以应用于锂离子电池电极材料。然而,电子电导能力差、放电电压低和电解液中的溶解度高等问题导致多酸电极存在致命缺陷。因此,该研究团队首先制备了Li7[V15O36(CO3)]·nH2O多酸前驱体,以该多酸化合物溶液进行静电喷雾沉积并高温下转化至γ-LiV2O5,发展了多酸化合物在锂离子电池领域新的应用方法。γ-LiV2O5在不锈钢基底上的直接沉积避免了导电剂(炭黑)、粘结剂等导致的比容量损失,同时该结构还有利于离子/电子的传输。在0.5 C的充放电条件了,该材料具有高达260 mAh/g的比容量和优异的循环稳定性(每圈0.093%的容量损失)。此外,该材料在35 C的高充放电电流下,仍然具有198 mAh/g的比容量。

该工作对高能量和功率密度正极材料的制备和多酸化合物在锂离子电池领域应用方面具有很好的创新和借鉴意义。

该论文以“Transformation of Polyoxometalate into 3D Porous Li-Containing Oxide: A Case Study of γ-LiV2O5 for High-Performance Cathodes of Li-Ion Batteries”为题在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201900187)上。