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一种纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法技术

技术编号:10308223 阅读:129 留言:0更新日期:2014-08-08 15:06
一种纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法,是将钒源、磷源及还原剂为原料,按照摩尔比1:1:1~5混合溶于去离子水中,70~90℃水浴中搅拌4h,得到均一溶液,然后将其调节pH至6~9后置于热解罐中,150~350℃下热解10~30h,将所得产物过滤,80~120℃下干燥,得到非晶态磷酸氧钒前驱体,将该前驱体于非还原气氛下200~400℃烧结1~10h,冷却至室温,得到磷酸氧钒。本发明专利技术方法反应温度低,反应时间短,步骤简单,原料易得,便于产业化控制;所制得的磷酸氧钒,颗粒结构纳米化,比表面积大,有利于电解液的充分浸润和锂离子的传递,该磷酸氧钒负极材料具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
,具体涉及。
技术介绍
锂离子电池负极材料是锂离子电池的关键组成部分,目前商业化生产中负极主要使用石墨,但无论是天然石墨还是人造石墨其理论比容量均仅为372mAh/g。尽管石墨负极具有廉价、安全性好的优点,但随着一些高比容量正极材料的开发,较低比容量的石墨作为负极已经不能满足正极材料的需求。因此,研发高比容量的负极材料具有很大的潜在价值。磷酸氧钒(VOPO4)与石墨、合金及金属氧化物类似,同样可以提供锂离子的脱嵌位点,而且VOPO4中P043_聚阴离子具有较强的电负性,可以为锂离子的脱嵌提供稳定的3D框架结构,缓解了充放电过程中材料体积逆变化不可过大的问题;由于钒具有活泼的化学性质(V2+到V5+),因此,VOPO4具有较高的比容量(827mAh/g);我国钒资源丰富,原材料来源广泛,成本低廉。综上可知,VOPO4是一个具有很大潜在价值的锂离子电池负极材料。目前,VOPO4的研究尚主要集中在锂离子电池正极材料,而其作为锂离子电池负极材料的研究仍未见报道。本专利技术通过液相法合成了纳米片状的VOPO4负极材料,所合成的材料具有特殊的微观形貌,具有优异的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供一种制备纳米片状磷酸氧钒的方法。所制备材料为纳米片状结构,其较大表面积大增加了活性材料与电解液的接触面积,纳米结构大大缩短了锂离子扩散距离,提高了其传输速率。纳米片状结构能有效提高磷酸氧钒的电化学性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案,包括以下步骤: (O以钒源、磷源及还原剂为原料,按照钒源中钒离子、磷源中磷酸根离子和还原剂的摩尔比1:1:广5,溶于去离子水中,;(2)将步骤(I)中所得混合溶液置于70?90°C的水浴中搅拌I飞小时得到均一溶液; (3)将步骤(2)中所得的溶液、溶胶或悬浊液调节pH至6?9;(4)将步骤(3)中所得的溶液、溶胶或悬浊液置于热解罐中,在150?350°C下热解10?30h ; (5)将步骤(4)所得产物过滤,于80?120°C下干燥得到非晶态磷酸氧钒前驱体; (6)将步骤(5)所得非晶态磷酸氧钒前驱体于非还原气氛下100?400°C烧结I?10h,冷却至室温,得到磷酸氧钒; 进一步,步骤(I)中所述的混合溶液中钥;离子浓度控制在0.05?lmol/L。进一步,步骤(I)中所述的钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸铵、三氧化二钒或草酸氧钒。进一步,步骤(1)中所述的磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸或焦磷酸。进一步,步骤(1)中所述的还原剂为酒石酸、柠檬酸、草酸、己二酸、丙二酸或抗坏血酸。进一步,步骤(4)中所述的热解温度为150~350°C,热解时间为10~30h。进一步,步骤(6)中所述的非还原气氛为氩气、氮气、空气或氦气。进一步,步骤(6)中所述的烧结温度为100~400°C,烧结时间为I~10h。进一步,步骤(6)中所述的磷酸氧钒呈纳米片状,其厚度为5(T100nm。本专利技术利用液相法制备得到锂离子电池负极材料磷酸氧钒,该方法所制得的磷酸氧钒材料呈纳米片状,其片状结构具有较高的比表面积,有利于电解液的充分浸润;片层的相连,缩短了离子传输路径,有利于锂离子的传递,特殊的纳米片状结构有利于提高负极材料磷酸氧钒的电化学性能。【附图说明】 图1是实施例2中3号样品的XRD图; 图2是实施例2中3号样品前驱体的SEM衍射图; 图3是实施例2中3号样品的0.1CUC首次放电曲线。【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。实施例1 将原料0.5mol偏钥;酸铵,0.5mol磷酸氢二铵,0.8mol柠檬酸,溶解于500mL去离子水中,于90°C水浴锅中机械搅拌Ih至形成均一蓝色溶液,调节pH至6,然后将其转至聚四氟乙烯罐中并置于热解罐中250°C下热解30h,冷却至室温后取出过滤,将过滤产物于鼓风干燥箱中80°C烘干,得到磷酸氧钒前驱体,将其在玛瑙研钵中进行充分研磨均匀,然后置于烧结炉中,在氩气气氛下分别于100°C、200°C、30(rC及400°C下烧结6h (见表1),然后自然降温至室温得到磷酸氧钒。将所得到的产物组装成实验扣式电池测其充放电比容量和循环性能,分别在0.1CUC下进行充放电测试,其首次放电比容量见表1。表1实施例1的实验条件和结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以钒源、磷源及还原剂为原料,按照钒源中钒离子、磷源中磷酸根离子和还原剂的摩尔比1:1:1~5,溶于去离子水中;(2)将步骤(1)中所得混合溶液置于70~90℃的水浴中搅拌1~6H得到均一溶液;(3)将步骤(2)中所得的溶液、溶胶或悬浊液调节pH至6~9;(4)将步骤(3)中所得的溶液、溶胶或悬浊液置于热解罐中,在150~350℃下热解10~30h;(5)将步骤(4)所得产物过滤,于80~120℃干燥得到磷酸氧钒前驱体;(6)将步骤(5)所得磷酸氧钒前驱体于非还原气氛下100~400℃烧结1~10h,冷却至室温,得到磷酸氧钒。

【技术特征摘要】
1.一种纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)以钒源、磷源及还原剂为原料,按照钒源中钒离子、磷源中磷酸根离子和还原剂的摩尔比1:1:广5,溶于去离子水中; (2)将步骤(1)中所得混合溶液置于70~90°C的水浴中搅拌1~6Η得到均一溶液; (3)将步骤(2)中所得的溶液、溶胶或悬浊液调节pH至6~9; (4)将步骤(3)中所得的溶液、溶胶或悬浊液置于热解罐中,在150~350°C下热解10 ~30h ; (5)将步骤(4)所得产物过滤,于80~120°C干燥得到磷酸氧钒前驱体; (6)将步骤(5)所得磷酸氧钒前驱体于非还原气氛下100~400°C烧结I~10h,冷却至室温,得到磷酸氧钒。2.根据权利要求1所述的纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的混合溶液中钒离子浓度控制在0.05~lmol/L。3.根据权利要求1或2所述的纳米片状锂离子电池负极材料磷酸氧钒的制备方法,其特征在于:步骤(1)中 所述的钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸铵、三...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑俊超张宝韩亚东王小玮袁新波李晖明磊
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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