一种锂离子电池用NaVO制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池用NaVO

A NaVO for lithium ion batteries

The invention discloses a NaVO for lithium ion batteries

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用NaVO3负极材料及其制备方法
本专利技术涉及材料化学领域及高能电池材料技术，具体涉及一种锂离子电池用NaVO3负极材料及其制备方法。
技术介绍
能源和环境是当今人类面临的两大问题。目前，化石燃料是人类生产生活的主要能源。随着社会的发展，全球的能源需求量日益增长，化石燃料等不可再生资源将日渐枯竭。同时，传统化石能源的大量消耗是引起温室效应，雾霾等问题的主要因素，对环境产生了严重的影响。开发风能、地热能、太阳能等新能源迫在眉睫，但是风能等新能源具有间歇性，需要大规模储能系统保证其输出的连续性。因此，能源的储存和转换已成为人类面临的严峻挑战。在目前各种技术中，锂离子电池由于具有工作电压高、容量高、自放电小、循环寿命长，无记忆效应等优点广泛应用于手机，笔记本电脑，相机等便携式电子产品，并成为电动汽车（包括EV和HEV等）和大规模储能系统用动力电源的重要选择。近年来，石墨作为锂离子电池负极材料得到了广泛的使用，是目前商业化锂离子电池的主流负极材料，随着研究人员的不断改性，性能比最初应用时有了较大改善，但是其仍然存在理论容量较低（372mAhg-1）等缺陷，限制了锂离子电池的进一步的应用。过渡金属氧化物由于其较高的可逆容量得到了广泛研究，其中钒基嵌锂电极材料由于具有成本相对低廉，高容量等特点而成为关注的热点。Kim等[J.PowerSources,244(2013)557]以V2O5和Li2CO3为原料，通过高温固相法制备了Li3VO4，同时通过以V2O5和LiOH溶液为原料，混合均匀后再固相烧结制备了粒径更小，更均匀的Li3VO4，将其作为锂电负极材料，在0.2C（1C=100mAhg-1）下循环100周后比容量保持在190mAhg-1，其平均放电电压比Li4Ti5O12低，具有良好的应用前景。Ni等[J.PowerSources,248(2014)122]通过水热法制备前驱体，再高温烧结制备了首次放电比容量高达624mAhg-1的Li3VO4，循环100次后放电比容量仍有396mAhg-1，体现了材料良好的循环稳定性，通过分析电极不同扫速下的CV曲线，发现充放电过程是由锂离子扩散控制。材料的形貌，颗粒尺寸，产物的纯度均是影响Li3VO4电化学性能的重要因素，通过控制反应条件制备尺寸均一，具有特殊形貌如纳米球，core-shell结构的材料，缩短Li+的扩散距离，增加活性材料与电解液的接触，可以有效提高材料的电化学性能。通过碳包覆，与石墨烯和碳纳米管进行复合等提高材料的导电性也对材料性能提升具有积极影响。Yang等[JournalofMaterialsChemistryA,4(2016)7165]通过喷雾干燥的方法制备了Li3VO4/C中空球，0.5C时放电比容量稳定在395mAhg-1，80C时仍有125mAhg-1，在10C下循环3000次后放电比容量高达250mAhg-1,体现了其优异的倍率性能和循环稳定性。Mai等[Nanoscal,6(2014)11072]通过水热法制备了中空Li3VO4/CNT复合物，与商业化的LiFePO4组装成全电池，开路电压达到2.5V，在2Ag-1电流密度下最初的几次循环比容量超过300mAhg-1，500次循环后容量为185mAhg-1，容量衰减率为45%，与商业化LiFePO4的衰减率（42%）接近，因此全电池的衰减主要受LiFePO4限制，体现了Li3VO4/CNT作为锂电负极材料良好的应用前景。Li3VO4属于斜方晶系，为Pnm21点群，由LiO4和VO4四面体共角构成。NaVO3中V为+5价，与Li3VO4中钒的价态相同，同时在结构上也具有相似性，NaVO3由NaO6八面体与八面体共角构成的链和VO4四面体与四面体共角构成的链交替平行构成。Na与Li都是同主族的元素，Na＋的半径分别为0.95Å，要明显大于Li＋(0.68Å)，因此NaVO3在脱出部分Na+后留下的空间有利于Li+的嵌入脱出。P.MEZENTZEFF等[NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearch,B44(1990)296]用N2+对NaVO3进行了处理，通过XPS探究了经过处理后NaVO3表面的元素组成。Z.X.Shen[PHYSICALREVIEWB,49(1994)2]等通过拉曼光谱研究了α-NaVO3在随着压力变化时相的变化，在61Kbar时，出现了无定型相。B.K.Ponomarev等[InorganicMaterials:AppliedResearch,3(2012)338]研究了温度对NaVO3铁电性质的影响，没有涉及NaVO3的制备及其在锂离子电池中应用。G.Venkatesh等[ElectrochemistryCommunications,40(2014)100]通过传统的固相方法制备了NaVO3,研究了其为钠离子电池负极材料的电化学性能，在电压范围为2.6-0.8V,电流密度为C/50下，首次循环后生成了新的无定形相Na1.5+yVO3,能可逆脱嵌0.7Na+/mol，对应比容量为150mAhg-1。Liu等[JSolidStateEletrochem,20(6)(2016)1803]用NaCO3和V2O5为原料，C6H8O7H2O为螯合剂，通过溶胶-凝胶法制备了纯相的NaVO3，并首次研究了其作为负极材料在锂离子电池中脱嵌锂性能，400℃的样品在5mAg-1电流密度下首次放电比容量和充电比容量分别为623.8和448.6mAhg-1，首次库伦效率为57%，随后容量持续衰减，30次循环后放电比容量大约为150mAhg-1，相对第二圈的容量保持率为42.8%左右，并对比了温度对其电化学性能的影响，400℃制备的材料电化学性能要优于600℃的材料，可能是由于400℃的样品具有更小的粒径，锂离子扩散路径更短。然而该材料容量有较大衰减，在5mAg-1下，30次循环后放电比容量大约为150mAhg-1,相对第二圈的容量保持率为42.8%左右。从目前文献报道的情况来看，NaVO3作为锂离子电池负极材料展现了一定的潜力，但是得到的研究还比较少，制备的材料性能也有待改善，急需开发新的制备工艺以制备性能更优的材料来满足其应用的需求。我们可以通过设计新的合成路线，制备不同形貌，更小的粒径的材料来改善其电化学性能。本专利技术设计了一种全新的合成工艺制备了NaVO3。该材料具有较好的循环稳定性能，在300mAg-1下首次放电容量高达714.6mAhg-1，在第一次循环过程中，NaVO3转变成无定形相，电极材料随着循环次数增加不断活化，放电比容量不断升高，580次循环后保持在518mAhg-1,相对第二圈的容量保持率达到176%，明显提高了NaVO3材料的可逆容量。
技术实现思路
本专利技术通过设计一种简易的水热-固相两步法合成技术制备了NaVO3纳米颗粒，旨在获得一种新型高容量的锂离子电池负极材料。专利技术的详细内容（技术方案）本专利技术采用水热-固相两步法制备高性能的片状NaVO3纳米颗粒，具体步骤如下：取一定质量比的钒酸盐与草酸加入去离子水中，搅拌0.5~2h初步溶解，将反应溶液移入水热反应釜，高温反应适当时间后自然冷却至室温，减压多次抽滤，洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用NaVO

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用NaVO3负极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按一定的质量比取钒氧酸盐和草酸，加入去离子水溶解，搅拌充分后将溶液移入反应釜，经高温水热反应后减压抽滤，干燥即得前驱体，将制备的含钒的前驱体与钠源按照一定的摩尔比溶解于相应的溶剂中，搅拌充分后，在一定温度下蒸干溶剂，在空气氛围烧结处理即得目标材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的钒氧酸盐为V2O5、NH4VO3的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的钠源为NaOH、NaNO3、NaCl、乙酸钠、Na2CO3,Na2SO4的一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为去离子水、无水乙醇的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐有根，肖仲星，王海燕，彭志光，孙旦，何函娜，张睿，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43