一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料及其制备方法，是以水热法合成的MoO

【技术实现步骤摘要】
一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料及其制备方法
本专利技术属于钠电池
，具体涉及一种钠电池正极材料的制备方法。
技术介绍
随着化石能源消耗以及环境污染等问题日益加重，新能源的开发和利用成为了全世界关注的重点。近年来，太阳能、风能、潮汐能以及地热能等可再生清洁能源得到了大力的发展，但这些可再生能源具有地域性和间歇性的限制，稳定可靠的能量存储系统是有效利用这些能量的关键技术。在各种电存储技术中，电化学储能由于其高能量转换效率、灵活性高以及维护简单等优势成为最有前途的储能方式之一。其中锂离子电池(Lithium-ionbatteries，LIBs)因具有能量密度大、循环寿命长等优点引起广泛的关注和研究，在过去的几十年中，可供锂离子可逆脱嵌的高性能、循环稳定的电极材料成功研发出来，并成功地商业化生产，在便携式电子设备和储能电动汽车等能量存储领域应用广泛。然而，随着锂电池商业化程度的加深，锂资源的需求量也越来越大，但是锂的储量十分有限，且锂元素在地壳中的分布不均衡，这些因素导致了锂电池应用的成本提高以及可持续性降低。相比之下，与锂元素处于同一主族的钠元素具有与锂相似的物理和化学性质，钠离子电池(Sodium-ionbatteries，SIBs)可以代替锂离子电池用于大规模储能系统，是下一代电池的重要发展方向。钠元素在地壳中储量十分丰富，这可以大大降低钠离子电池的制备成本。电极材料是电池组成的关键部分，但是钠离子的半径大于锂离子半径，这导致许多适用于LIB的电极材料在SIBs中不适用，寻求合适的电极材料是钠离子电池的发展关键。
技术实现思路
基于上述现有技术所存在的不足，本专利技术提供了一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料及其制备方法。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术公开了一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、取0.05M的四水合钼酸铵溶液和2M的HNO3溶液，按体积比3-5：1混合均匀，然后置于75-95℃恒温的水浴中加热50-70分钟；反应完成超声分散均匀，然后离心，对所得沉淀洗涤、真空干燥，获得MoO3纳米棒；步骤2、将所述MoO3纳米棒、醋酸锌和六亚甲基四胺在去离子水中混合均匀，所得混合溶液置于85-100℃的烘箱中反应8-12h；反应完成超声分散均匀，然后离心，对所得沉淀洗涤、真空干燥，获得Zn3Mo2O9前驱体；在所述混合溶液中，MoO3纳米棒的浓度为10-30mM、醋酸锌的浓度为20mM、六亚甲基四胺的浓度为20mM；步骤3、将所述Zn3Mo2O9前驱体在马弗炉中350-450℃下退火1.5-3h，获得Zn3Mo2O9纳米片，即为用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料。进一步地，步骤1与步骤2中所述洗涤是依次通过无水乙醇和去离子水进行洗涤。进一步地，步骤1与步骤2中所述真空干燥是在50-70℃真空干燥10-14h。本专利技术还提供了按上述制备方法所制得的Zn3Mo2O9纳米片作为钠电池正极材料的应用。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、纳米材料作为微观材料，其制备方法的细微改变都会对产物的形貌产生极大的影响，而纳米材料的不同形貌又是其能否在所需领域应用、能否具有较优性能的关键。本申请使用MoO3纳米棒为模板获得了具有特殊层状形貌的Zn3Mo2O9纳米片，不需要添加额外的模板，无需去除模板等后处理过程，合成方法简单，且原材料成本低廉，大幅降低了钠离子电池正极的成本，为钠电池的规模化推广提供了可靠的技术保障。2、本专利技术所合成的Zn3Mo2O9纳米片可用于作为钠电池正极材料，体现出较高的放电比容量和优异的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的MoO3纳米棒和Zn3Mo2O9纳米片的扫描电镜图，其中：图1(a)、(b)为步骤1所得MoO3纳米棒在不同放大倍数下的形貌图，图1(c)、(d)为步骤3所得Zn3Mo2O9纳米片在不同放大倍数下的形貌图。图2为本专利技术实施例1所制备的MoO3纳米棒(图2(a))和Zn3Mo2O9纳米片(图2(b))的X射线衍射图。图3为本专利技术实施例1所制备的Zn3Mo2O9纳米片的透射电镜图(图3(a))和高分辨透射电镜图(图3(b))。图4为本专利技术实施例1所制备的Zn3Mo2O9纳米片的X射线光电子能谱分析，其中(a)为总谱，(b)、(c)、(d)分别为各元素的谱图。图5为以本专利技术实施例1所制备的Zn3Mo2O9纳米片作为正极材料组装的钠电池的循环性能图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例首先按如下步骤制备用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料：步骤1、取40mL0.05M的四水合钼酸铵溶液((NH4)6Mo7O24·4H2O)和10mL2M的HNO3溶液，在烧杯中混合均匀，然后置于85℃恒温的水浴中加热60分钟；反应完成超声约2分钟分散均匀，然后离心，对所得沉淀依次通过无水乙醇和去离子水进行洗涤，再在60℃真空干燥12h，获得MoO3纳米棒。步骤2、将0.288gMoO3纳米棒(物质的量为2mmol)、2mmol醋酸锌和2mmol六亚甲基四胺在100mL去离子水中混合均匀，所得混合溶液置于95℃的烘箱中反应10h；反应完成超声约2分钟分散均匀，然后离心，对所得沉淀依次通过无水乙醇和去离子水进行洗涤，再在60℃真空干燥12h，获得Zn3Mo2O9前驱体。步骤3、将Zn3Mo2O9前驱体在马弗炉中400℃下退火2h，获得Zn3Mo2O9纳米片，即为用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料。图1(a)、(b)为步骤1所得MoO3纳米棒在不同放大倍数下的形貌图，图1(c)、(d)为步骤3所得Zn3Mo2O9纳米片在不同放大倍数下的形貌图。从图1(a)、(b)中可以看出MoO3的尺寸达到纳米级别，呈现规则的柱体，且尺寸均一；从图1(c)、(d)可以看出Zn3Mo2O9形貌为纳米片，在用于钠离子电池时，片状形貌可以让钠离子在其中更好的转移。图2(a)为步骤1所得MoO3纳米棒的X射线衍射图，图2(b)为步骤3所得Zn3Mo2O9纳米片的X射线衍射图，从图中可以看出两种物质的特征峰位分别与MoO3(JCPDSNo.21-0569)及Zn3Mo2O9(JCPDSNo.86-1771)的标准卡片的峰位一一对应，说明合成的物质即为MoO3和Zn3Mo2O9。图3为本实施例所得Zn3Mo2O9纳米片的透射电镜图(图3(a))和高分辨透射电镜图(图3(b))，从图中可以计算出几个晶格分别对应于晶面(020)、(013)、(-221)，从侧片佐证了Zn3Mo2O9纳米片的生成。图4为本实施例所得Zn3Mo2O9纳米片的X射线光电子能谱分析图，从图中可以看出Zn3Mo2O9中各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、取0.05M的四水合钼酸铵溶液和2M的HNO

【技术特征摘要】
1.一种用于钠电池的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取0.05M的四水合钼酸铵溶液和2M的HNO3溶液，按体积比3-5：1混合均匀，然后置于75-95℃恒温的水浴中加热50-70分钟；反应完成超声分散均匀，然后离心，对所得沉淀洗涤、真空干燥，获得MoO3纳米棒；
步骤2、将所述MoO3纳米棒、醋酸锌和六亚甲基四胺在去离子水中混合均匀，所得混合溶液置于85-100℃的烘箱中反应8-12h；反应完成超声分散均匀，然后离心，对所得沉淀洗涤、真空干燥，获得Zn3Mo2O9前驱体；
在所述混合溶液中，MoO3纳米棒的浓度为10-30mM、醋酸锌的浓度为20mM、六亚甲基四胺的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，项曙光，胡鑫，陈志成，王宁，周雪，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34