VTi2.6O7.7纳米颗粒、制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及的是VTi2.6O7.7纳米颗粒及其制备方法，由5‑20纳米的小颗粒组成，其中小颗粒为锐钛矿相的VTi2.6O7.7，具备良好的电化学活性。制备方法，包括有以下步骤：1)将乙酰丙酮氧钒和草酸钛钾先后加入去离子水中混合均匀，得到混合液；2)将步骤1)得到的混合液取出，并进行水热处理得到悬浊液；3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，洗涤所得沉淀物，烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。本发明专利技术的有益效果是：具有较大的镁离子扩散速率和较高的电子电导率，其作为镁锂混合电池正极活性材料时，表现出优异的倍率性能和高倍率下的循环性能以及较高的比容量，是高倍率、长寿命镁锂电池的潜在应用材料。

【技术实现步骤摘要】
VTi2.6O7.7纳米颗粒、制备和应用
本专利技术属于纳米材料与电化学器件
，具体涉及的是VTi2.6O7.7纳米颗粒及其制备方法，该材料可作为镁锂电池正极活性材料。
技术介绍
在过去的十几年里，锂离子电池以高能量密度与长使用寿命等优点，已经在电动汽车及便携式电子设备领域得到了广泛的应用，使我们的生活变得更加的便捷。然而，由于地球上的锂资源十分匮乏，锂离子电池已经不能够满足日益增长的市场需求。近年来，镁锂混合电池逐步问世，它不仅具备了与锂离子电池相似的反应机理，同时由于具有高体积能量密度、无枝晶生长、镁资源丰富的优势，被认为是一种十分有潜力的新型储能系统。而为了应对镁离子在正极材料缓慢扩散动力学所带来的挑战，具有快速镁离子扩散动力学能力的新型正极电极材料亟待开发。作为广泛研究的锂离子电池电极材料，TiO2显示稳定的放电电压平台(～1.7Vvs.Li+/Li)，长循环稳定性和优异的速率性能。然而，由于Mg2+在TiO2中的扩散动力学缓慢，应用于镁电池时，无法获得类似的良好结果。与其他在镁锂混合电池报道的正极材料(VO2，TiS2，FeSx(x＝1或2))相比，TiO2相对较低的容量，循环稳定性和平均放电电压仍然需要得到进一步提高。通过调节原子间相互作用来构筑置换型固溶体是优化电池的电化学性能的有效方法。而钒作为具有高电化学活性的少量元素之一，又恰好在元素周期表中位于钛右侧，因它们非常相似的原子半径和电负性，从而有利于形成置换固溶体。此外，通过构筑置换固溶体来优化电池的电化学性能的实验方法，尽管有文献报道过对其他材料的改性，但本专利技术中这种构筑出的VTi2.6O7.7纳米颗粒却仍未被报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种的VTi2.6O7.7纳米颗粒及其制备方法，该方法工艺简单，制备得到的VTi2.6O7.7纳米颗粒具有优良的电化学性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：VTi2.6O7.7纳米颗粒，由5-20纳米的小颗粒组成，其中小颗粒为锐钛矿相的VTi2.6O7.7，具备良好的电化学活性。VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，包括有以下步骤：1)将乙酰丙酮氧钒和草酸钛钾先后加入去离子水中混合均匀，得到混合液；2)将步骤1)得到的混合液取出，并进行水热处理得到悬浊液；3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，洗涤所得沉淀物，烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。按上述方案，步骤1)中所述的乙酰丙酮氧钒的质量为0.52-0.54g，草酸钛钾的质量为0.70-0.72g，去离子水的体积为75-85mL。按上述方案，步骤2)所述的取出的混合液的体积占水热处理所采用反应容器体积的的60-70％。按上述方案，步骤2)所述的水热处理的温度为200℃，水热时间为9.5-10.5h。按上述方案，步骤3)所述的烘干采用的是温度60-80℃，真空条件下。所述的VTi2.6O7.7纳米颗粒在作为镁锂电池正极活性材料方面的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术主要是一步水热法，制备得到具有高电化学活性的VTi2.6O7.7纳米颗粒。制备得到的VTi2.6O7.7纳米颗粒，具有较大的镁离子扩散速率和较高的电子电导率，其作为镁锂混合电池正极活性材料时，表现出优异的倍率性能和高倍率下的循环性能以及较高的比容量，是高倍率、长寿命镁锂电池的潜在应用材料。本专利技术工艺简单，合成时间短，条件温和，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VTi2.6O7.7纳米颗粒的XRD图；图2是本专利技术实施例1的VTi2.6O7.7纳米颗粒的EDS图；图3是本专利技术实施例1的VTi2.6O7.7纳米颗粒的透射电镜图；图4是本专利技术实施例1的VTi2.6O7.7纳米颗粒作为镁锂电池正极材料在1A/g的电流密度下的电池循环性能曲线图；图5是本专利技术实施例1的VTi2.6O7.7纳米颗粒作为镁锂电池正极材料在不同倍率下的电池倍率性能曲线图。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：VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：1)将0.53g的乙酰丙酮氧钒和0.71g的草酸钛钾先后加入80mL的去离子水中，搅拌至混合均匀。2)从中取出70mL的混合溶液，倒入100mL的反应釜，200℃水热10h。3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，用去离子水和酒精洗涤沉淀物三次，在真空条件下，70℃下烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。以本实例的的VTi2.6O7.7纳米颗粒为例，其结构由X-射线衍射仪确定。如图1所示，X-射线衍射图谱(XRD)表明，该纳米颗粒为VTi2.6O7.7的锐钛矿相，无其它杂相。如图2所示，能谱(EDS)测试表明，该样品中钒、钛、氧元素分布均匀。如图3所示，透射电镜(TEM)测试表明，该结构由5-20纳米的小颗粒组成。本专利技术制备的VTi2.6O7.7纳米颗粒作为镁锂电池正极活性材料，正极片的制备方法如下，采用的VTi2.6O7.7纳米颗粒作为活性材料，乙炔黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为60:30:10；将它们按比例充分混合后，加入少量异丙醇，研磨均匀，在对辊机上压约0.2mm厚的电极片；压好的正极片置于70℃的烘箱干燥24小时后备用。以1M的LiCl溶解于全苯基络合物(APC)中的作为电解液，镁片为负极，CR2016型不锈钢为电池外壳组装成扣式镁锂混合电池。以本实例所得的的VTi2.6O7.7纳米颗粒为例，如图4所示，在50mA/g的电流密度下最高放电容量为260.4mAh/g；在2A/g的大电流下，其容量仍有64.9mAh/g。如图4所示，在1A/g的电流下循环1200圈，仍有84.2％的容量保持率，并且库伦效率几乎为100％。以上结果表明的VTi2.6O7.7纳米颗粒优异的倍率性能和高倍率下的循环性能以及较高的比容量，是长寿命、高倍率镁锂混合电池的潜在应用材料。实施例2：VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：1)将0.53g的乙酰丙酮氧钒和0.71g的草酸钛钾先后加入75mL的去离子水中，搅拌至混合均匀。2)从中取出72mL的混合溶液，倒入100mL的反应釜，200℃水热10h。3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，用去离子水和酒精洗涤沉淀物三次，在真空条件下，70℃下烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。以本专利技术的产物的VTi2.6O7.7纳米颗粒为例，为直径5-20纳米的小颗粒。以本实例所得的的VTi2.6O7.7纳米颗粒为例，在2A/g的电流密度下，最高放电比容量可达61.2mAh/g。实施例3：VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：1)将0.53g的乙酰丙酮氧钒和0.71g的草酸钛钾先后加入80mL的去离子水中，搅拌至混合均匀。2)从中取出68mL的混合溶液，倒入100mL的反应釜，200℃水热10.5h。3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，用去离子水和酒精洗涤沉淀物三次，在真空条件下，70℃下烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。以本专利技术的产物的VTi2.6O7.7纳米颗粒为例，为直径5-20纳米的小颗粒。以本实例所得的的V本文档来自技高网...

【技术保护点】
VTi2.6O7.7纳米颗粒，由5‑20纳米的小颗粒组成，其中小颗粒为锐钛矿相的VTi2.6O7.7，具备良好的电化学活性。

【技术特征摘要】
1.VTi2.6O7.7纳米颗粒，由5-20纳米的小颗粒组成，其中小颗粒为锐钛矿相的VTi2.6O7.7，具备良好的电化学活性。2.VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，包括有以下步骤：1)将乙酰丙酮氧钒和草酸钛钾先后加入去离子水中混合均匀，得到混合液；2)将步骤1)得到的混合液取出，并进行水热处理得到悬浊液；3)将步骤2)得到的悬浊液离心过滤，洗涤所得沉淀物，烘干即可得到VTi2.6O7.7纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的VTi2.6O7.7纳米颗粒的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的乙酰丙酮氧钒的质量为0.52-0.54g，草酸钛钾的质量为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，彭陈，盛进之，安琴友，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42