NaCuVO4纳米颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种NaCuVO4纳米颗粒及其制备方法，其可作为钠离子电池负极材料，包括有以下步骤：1)首先称取摩尔比为1:2:1～1:2:3的NaCO3、Cu(NO3)2·2H2O和钒源，分别加水溶解后混合，搅拌均匀；2)在步骤1)所得溶液中，加入柠檬酸作为络合剂，搅拌均匀后置于水浴锅中水浴搅拌；3)将步骤2)所得溶液烘干；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛中烧结；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。本发明专利技术的有益效果是：基于制备的纳米颗粒均一并且具有良好导电性能，该电极作为钠离子电池的负极材料时，表现出优异的倍率、高的比容量和良好的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料与电化学
，具体涉及一种NaCuV04m米颗粒及其制备方法，其可作为钠离子电池负极材料。
技术介绍
随着便携式电子设备，电动汽车以及能量网的迅速发展和需求不断增加，具有高功率，良好的稳定性和安全性，高效率，低成本的能量存储系统的改进是重要需求。锂离子电池在当前的能量储存中起主导作用，因为它是现实中可充电电池里能量密度最高的。然而，成本高和锂资源不足将限制锂离子电池在未来的应用，特别是在大型能量存储系统。因此，寻求锂离子电池的替代品是重要的、必需的。钠在周期表中刚好位于锂下面，并与锂在许多方面有相似之处。与锂基电池相比，由于较低的成本，较少的毒性，改进的安全特性和类似的嵌入化学过程，钠离子电池成为替换锂离子电池的候补。此外，当前应用于锂离子电池的许多材料以及设计过程也可在钠离子电池使用。在可预见的将来，钠离子电池是用于新能量储存系统中有前景的重要选择。然而，钠离子电池的固有局限性挑战它的实际应用，如低电压，小的扩散系数和Na+嵌入/脱嵌对电极的晶体结构更显著的影响。当务之急是要找到具有高容量，长寿命，满意的倍率性能的钠离子电池电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、符合绿色化学的要求、具有优良电化学性能的NaCuVO4纳米颗粒及其制备方法，以及作为钠离子电池负极材料的应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:NaCuV04m米颗粒，为下述方法所得产物，包括有以下步骤:I)首先称取摩尔比为1:2:1?1:2:3的NaC03、Cu (NO3) 2.2H20和钒源，分别加水溶解后混合，搅拌均匀；2)在步骤I)所得溶液中，加入柠檬酸作为络合剂，搅拌均匀后置于水浴锅中水浴搅拌；3)将步骤2)所得溶液烘干；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛中烧结；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。按上述方案，所述的钒源为见14￥03或V 205。按上述方案，步骤2)所述的柠檬酸与铜离子摩尔比为1:1-1:4，水浴温度为50-90°C，搅拌时间2-7小时。按上述方案，步骤4)所述的烧结温度为400-600 °C，烧结时间为4_10h。所述的NaCuV04m米颗粒的制备方法，包括有以下步骤:I)首先称取摩尔比为1:2:1?1:2:3的NaC03、Cu (NO3) 2.2H20和钒源，分别加水溶解后混合，搅拌均匀；2)在步骤I)所得溶液中，加入柠檬酸作为络合剂，搅拌均匀后置于水浴锅中水浴搅拌；3)将步骤2)所得溶液烘干；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛中烧结；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即为所需的NaCuV04。所述的NaCuV04m米颗粒作为钠离子电池负极材料的应用。本专利技术的有益效果是:基于制备的纳米颗粒均一并且具有良好导电性能，该电极作为钠离子电池的负极材料时，表现出优异的倍率、高的比容量和良好的循环稳定性。本专利技术工艺简单，并且经济实惠，所需材料基本上都是自行制备，通过烧结法即可合成高纯度的NaCuV04m米颗粒，符合绿色化学的要求，利于市场化推广。【附图说明】图1是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒的XRD图及晶格结构图；图2是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒的TEM图；图3是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒作为钠离子电池负极材料的循环伏安图；图4是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒作为钠离子电池负极材料充放电平台图；图5是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒作为钠离子电池负极材料的电化学循环图；图6是本专利技术实施例1的NaCuVO4纳米颗粒作为钠离子电池负极材料的倍率性能图。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1:制备NaCuV04m米颗粒钠离子电池负极材料，包括如下步骤:I)首先称取摩尔比为1:2:2的NaC03、Cu (NO3) 2.2H20、NH4VO3,分别加水溶解后混合，搅拌；2)在步骤I)所得溶液中，加入与铜金属离子摩尔比1:1的柠檬酸作为络合剂搅拌均匀，再80°C水浴搅拌5小时；3)将步骤2)所得溶液放入80°C烘箱中烘干24小时；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛以500°C烧结6小时；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。所述的钠离子电池的负极为NaCuV04m米颗粒钠离子电池电极材料，钠片用作正极进行组装。如图1所示，XRD证明合成了纯相的纳米颗粒状NaCuVO4，并无杂项存在；如图2所示，高分辨率透射电镜(HRTEM)进一步观察到NaCuV04m米颗粒的微观结构。NaCuVO 4纳米颗粒大小为10nm左右；如图3所示，本专利技术制备的NaCuV04m米颗粒，组装成钠离子电池后进行循环伏安测试，其具有大的充放电面积和小的极化现象；如图4所示，是在100mA/g的电流密度下前几圈的充放电平台图，从图中可以看出，在小电流密度下，其容量会有一定的衰减，这是负极材料不可避免的，但是后期可以稳定在一个比较高的容量值；如图5所示，本专利技术制备的NaCuV04m米颗粒，经过在手套箱中进行电池的组装后进行充放电测试。循环伏安测试表明，NaCuV04m米颗粒具有高的容量，材料的循环稳定性也非常突出，在2A的电流密度下，材料循环1000次后的比容量仍为300mAh/g ;如图6所示，将制备的NaCuV04m米颗粒进行倍率性能测试，可以发现其具有良好的倍率性能，在ΙΟΑ/g的电流密度下容量仍有 150mAh/g。实施例2:I)首先称取摩尔比为1:2:1的NaC03、Cu(NO3)2.2H20、V2O5，分别加水溶解后混合，搅拌；2)在步骤I)所得溶液中，加入与铜金属离子摩尔比I '2的柠檬酸作为络合剂，80 °C水浴搅拌3小时；3)将步骤2)所得溶液放入80°C烘箱中烘干24小时；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛以450°C烧结6小时；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。所述的钠离子电池的负极为NaCuV04m米颗粒钠离子电池电极材料，钠片用作正极进行组装。本专利技术制备的NaCuVO4纳米颗粒钠离子电池电极材料，经过在手套箱中进行电池的组装后进行充放电测试。循环伏安测试中表明，材料的循环稳定性也非常突出，在2A的电流密度下，材料循环1000次后的比容量仍为300mAh/g。实施例3:I)首先称取摩尔比为1:2:2的NaC03、Cu (NO3) 2.2H20、NH4VO3,分别加水溶解后混合，搅拌；2)在步骤I)所得溶液中，加入与金属离子摩尔比1:3的柠檬酸作为络合剂，80°C水浴搅拌5小时；3)将步骤2)所得溶液放入80°C烘箱中烘干24小时；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛以550°C烧结6小时；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。所述的钠离子电池的负极为NaCuV04m米颗粒钠离子电池电极材料，钠片用作正极进行组装。本专利技术制备的NaCuV04m米颗粒钠离子电池电极材料，经过在手套箱中进行电池的组装后进行充放电测试。循环伏安测试中表明，材料的循环稳定性也非常突出，在2A的电流密度下本文档来自技高网...

【技术保护点】
NaCuVO4纳米颗粒，为下述方法所得产物，包括有以下步骤：1)首先称取摩尔比为1:2:1～1:2:3的NaCO3、Cu(NO3)2·2H2O和钒源，分别加水溶解后混合，搅拌均匀；2)在步骤1)所得溶液中，加入柠檬酸作为络合剂，搅拌均匀后置于水浴锅中水浴搅拌；3)将步骤2)所得溶液烘干；4)将步骤3)所得干燥物质放入马弗炉在空气气氛中烧结；5)将步骤4)中所得的白色产物研磨后即得NaCuVO4纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，董轶凡，王炳亮，王蕾，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42