一种通过镧离子预嵌提高双层五氧化二钒钠离子电池正极材料循环稳定性的方法技术

技术编号:20923579 阅读:25 留言:0更新日期:2019-04-20 11:13
本发明专利技术公开了一种通过镧离子预嵌提高双层五氧化二钒钠离子电池正极材料循环稳定性的方法。首先以商业化五氧化二钒(V2O5)粉体为钒源,硝酸镧(La(NO3)3)为镧源,双氧水(H2O2)为助溶剂,采用溶胶‑凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备La

A Method of Improving Cyclic Stability of Cathode Material for Double Layer Sodium Vanadium Pentoxide Ion Batteries by La Ion Pre-embedding

The invention discloses a method for improving the cyclic stability of the cathode material of double-layer sodium vanadium pentoxide ion battery by lanthanum ion pre-embedding. Firstly, commercial five oxidized two vanadium (V2O5) powder was used as the source of vanadium, lanthanum nitrate (La (NO3) 3) was lanthanum source, hydrogen peroxide (H2O2) was used as a cosolvent, and La was prepared by sol-gel method combined with vacuum freeze drying technology.

【技术实现步骤摘要】
一种通过镧离子预嵌提高双层五氧化二钒钠离子电池正极材料循环稳定性的方法
本专利技术涉及钠离子电池正极材料的
,具体涉及一种通过适量的La3+预嵌提高双层五氧化二钒(V2O5·nH2O)作为钠离子电池正极材料的循环稳定性的方法。
技术介绍
目前钠离子电池受钠离子较大的离子半径的影响,致使钠离子在电极材料中遭受更大的扩散阻力,同时对电极材料结构造成严重破坏,最终导致其循环稳定性差和大电流密度下充放电容量低,因此,严重制约了钠离子电池的发展。具有典型双层结构的五氧化二钒(V2O5·nH2O)因具有较大的层间间距非常有利于钠离子的快速嵌/脱,同时具有价格低廉、容易制备等优点,被认为是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。然而,V2O5·nH2O层状结构不稳定和固有的导电性差的缺点严重影响了其储钠性能。研究发现,金属阳离子预嵌能够通过影响电极材料的内部晶体结构和电子结构,从本质上提升电极材料的结构稳定性和导电性。同时,在预嵌过程中,由于金属阳离子所带较强正电荷的影响会在材料内部造成氧缺陷,形成更为开放的框架结构,可为Na+的快速嵌/脱提供更多迁移和扩散通道。同时伴随氧缺陷的出现,体系中部分V5+被还原成V4+,低价V4+的存在非常有利于材料导电性的提升。La作为稀土元素的一种,具有储量丰富和化学性质稳定的优点,同时它的物理化学性质与碱金属元素和过渡金属元素明显不同。本专利技术提出一种采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术,将适量的La3+预嵌入V2O5·nH2O材料层间,以提高双层五氧化二钒(V2O5·nH2O)作为钠离子电池正极材料的循环稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过适量的La3+预嵌提高V2O5·nH2O作为钠离子电池正极材料的循环稳定性的方法。具体步骤为:(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合,边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30%的H2O2,滴加完成后继续搅拌15分钟,然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟,室温下静置老化3天,得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散,并按照硝酸镧中的镧(La)与步骤(1)得到的凝胶中的钒(V)的摩尔比n(La):n(V)=0~1:100的比例向其中缓慢滴加硝酸镧水溶液,充分搅拌6小时后得到均一透明浓度为0.028mol/L的V2O5溶胶。(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出,得到La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min),得到La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料。本专利技术通过适量的La3+预嵌提高V2O5·nH2O钠离子电池正极材料的循环稳定性的方法完全可行,且该制备方法还具有操作简单、成本低、产率高和反应条件容易控制等优点。附图说明图1为本专利技术实施例1~3所得的电极材料的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1~3所得的电极材料的SEM图。图3为本专利技术实施例2~3所得的电极材料的EDS图。图4为本专利技术实施例1~3所得的电极材料的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明,需要指出的是以下实施例是为了本领域的技术人员更好地理解本专利技术,而不是对本专利技术保护范围的限制,该领域的技术人员可以根据上述内容做出一些非本质的改进和调整。实施例1:(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后,边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30%的H2O2,滴加完成后继续搅拌15分钟,然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟,室温下静置老化3天,得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散,向其中缓慢滴加25mL去离子水,充分搅拌6小时后得到均一透明浓度为0.028mol/L的V2O5溶胶。(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出,得到V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中,在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min),得到V2O5·nH2O电极材料(未预嵌La3+的V2O5·nH2O)。实施例2:(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后,边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30%的H2O2,滴加完成后继续搅拌15分钟,然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟,室温下静置老化3天,得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散,并将25mL摩尔浓度为0.0011mol/L的La(NO3)3溶液边搅拌边缓慢滴加到凝胶中,充分搅拌6小时后得到均一透明浓度为0.028mol/L的V2O5溶胶。(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出,得到La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中,在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min),得到n(La):n(V)=1:100的La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料。实施例3:(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后,边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30%的H2O2,滴加完成后继续搅拌15分钟,然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟,室温下静置老化3天,得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散,并将25mL摩尔浓度为0.0033mol/L的La(NO3)3溶液边搅拌边缓慢滴加到凝胶中,充分搅拌6小时后得到均一透明浓度为0.028mol/L的V2O5溶胶。(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出,得到La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中,在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min),得到n(La):n(V)=3:100的La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料。电化学性能测试:分别将实施例中制备的电极材料作为活性物质,导电碳黑(SuperP)作为导电剂,聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂按质量比7:2:1的比例混合后,加入适量N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),搅拌均匀后均匀涂敷在铝箔上,在80℃真空干燥箱中干燥至恒重,最后冲裁成直径为15mm的电极片。以冲裁后得到的电极片为工作电极,以金属钠为对电极,1.0mol/LNaClO4的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的混合液(v(EC):v(PC)=1:1)为电解液,玻璃纤维膜(GF/D)为隔膜,在充满氩气的手套箱中组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种La

【技术特征摘要】
1.一种La3+预嵌V2O5·nH2O电极材料的制备方法,其特征在于具体步骤为:(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒粉体与3.85mL去离子水混合,边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比含量为30%的H2O2,滴加完成后继续搅拌15分钟,然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度CV2O5=0.056mol/L,最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟,室温下静置老化3天,得到红棕色V2O5凝胶;(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分...

【专利技术属性】
技术研发人员:李延伟孙涛姚金环季靖程
申请(专利权)人:桂林理工大学
类型:发明
国别省市:广西,45

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