一种Na制造技术

本发明专利技术涉及Na

A kind of Na

The invention relates to Na

【技术实现步骤摘要】
一种Na3V2(BO3)3化合物及其制备和应用
本专利技术涉及化学式为Na3V2(BO3)3的化合物、钠离子电池正极材料、制备方法以及利用该材料制作钠离子电池。
技术介绍
随着能源问题的日益严峻，不可再生资源的日益匮乏，以及人们对环保重要性认识的不断增强，社会对新能源的需求日益增强，而储能在能源体系中发挥越来越重要的作用。之前，作为新能源中重要储能器件的锂离子电池吸引了众多研究资源，但是考虑到锂在地球上的储量较少及其较高的价格，最近对储量更加丰富、更加廉价的Na离子电池的研究重新得到了研究者的重视。目前应用于钠离子电池的正极材料主要有Na3V2(PO4)3、NaVPO4F、Na3V2(PO4)2F3和NaTiFeO3、NaCoO3和NaMnO3等。然而，这些材料仍然存在很多问题：比容量和工作电压较低，循环稳定性差及制备困难等，这严重限制了这些材料的实际应用。相比于磷酸盐、硫酸盐和硅酸盐，硼酸盐由于较低的摩尔质量而具有更高的比容量和比能量[15]。另外，BO3和BO4具有多种组合方式，可以形成B3O6，B3O7，B5O12等不同结构基团，这类化合物具有丰富的从零维到一维、二维和三维的结构，从而为Na离子的传输提供较大的通道。另外，BO3和BO4基团也具有诱导效应，可以提高正极材料的工作电压。而目前关于硼酸盐钠离子电池正极材料的研究几乎没有，值得深入研究。
技术实现思路
本专利技术针对上述提出的技术问题,目的在于提供一种Na3V2(BO3)3化合物及制备方法,以及Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料。为实现上述目的，采用的具体技术方案如下：一种Na3V2(BO3)3化合物。其制备步骤如下：将含Na化合物、含V化合物和含B化合物按摩尔比Na：V：B＝3:2:3的比例混合均匀后，进行化学合成反应，制得Na3V2(BO3)3的化合物；所述含Na化合物为Na的氧化物、Na的碳酸盐、R的硝酸盐或Na的草酸盐；所述含V化合物为V的氧化物或/和V的硼酸盐；所述含B化合物为H3BO3或/和B2O3。本专利技术提供的Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料。Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料的制备方法，采用高温固相法进行材料制备，其步骤如下：1)配料：将Na2CO3、V2O3和H3BO3按Na:V:B为3:2:3的摩尔比，同时加入Na3V2(BO3)3质量20％的蔗糖配料并进行预处理；2)控制各项参数进行材料合成：将盛有上述配料的坩埚置于通有惰性保护气氛的管式炉中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保温10-40小时；待反应充分后，以小于50℃/h的速率降至室温，得到Na3V2(BO3)3/C材料；所述经预处理的原料的预处理为将配置好的原料混合均匀后倒入刚玉坩埚中，于马弗炉中缓慢升温至300℃加热10小时以上，后冷却至室温；所述Na2CO3用Na的氧化物、Na的硝酸盐或Na的草酸盐代替；所述V2O3用V的硼酸盐、V的草酸盐或NH4VO3代替；所述的B2O3用H3BO3代替。本专利技术提供的Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料的制备方法，采用溶胶凝胶法制备Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料，其步骤如下：1)配料：将含Na2CO3、V2O5、H3BO3和草酸按Na:V:B:草酸为30:10:30:(10-30)的摩尔比加入80℃的去离子水中搅拌至形成均匀的蓝色溶液，加热至形成溶胶；2)将溶胶转移至120℃的烘箱中，烘干至凝胶，将凝胶研磨成粉转移到瓷舟中，进行预处理；3)控制各项参数进行材料合成：将盛有上述配料的瓷舟置于通有惰性保护气氛的管式炉中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保温10-40小时；待反应充分后，以小于50℃/h的速率降至室温，得到Na3V2(BO3)3/C材料；所述经预处理的原料的预处理为将配置好的原料混合均匀后倒入瓷舟中，于马弗炉中缓慢升温至300℃加热5小时以上，后冷却至室温；所述Na2CO3用Na的氧化物、Na的硝酸盐或Na的草酸盐代替；所述V2O3用V的硼酸盐、V的草酸盐或NH4VO3代替；所述的B2O3用H3BO3代替。以下是几个典型的可得到Na3V2(BO3)3化合物的化学反应：(1)3Na2CO3+2V2O3+3B2O3＝2Na3V2(BO3)3+3CO2↑(2)12NaNO3+4V2O3+6B2O3＝4Na3V2(BO3)3+12NO2↑+3O2↑(3)3Na2CO3+4VOC2O4+6H3BO3＝2Na3V2(BO3)3+9CO2↑+2CO↑+9H2O↑(4)12NaNO3+8VOC2O4+12H3BO3＝4Na3V2(BO3)3+12NO2↑+16CO2↑+O2↑+18H2O↑本专利技术的优点在于：所获正极材料具有较高的比容量和工作电压，较大的循环稳定性。Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料具有较高的比容量达到230mAh/g；其工作电压在3.0-4.3V之间，25个循环后比容量仍能保持95％以上。附图说明图1是本专利技术Na3V2(BO3)3/C钠离子电池正极材料的SEM图片。图2为本专利技术Na3V2(BO3)3/C的多晶粉末X射线衍射图谱。图3为本专利技术Na3V2(BO3)3的晶体结构图。图4为本专利技术Na3V2(BO3)3/C正极材料0.2C倍率、3-4.3V范围内的充放电曲线。图5为本专利技术Na3V2(BO3)3/C正极材料在0.2C的循环稳定性曲线。具体实施方式实施例1Na3V2(BO3)3化合物的高温固相制备将0.03mol的Na2CO3、0.02mol的V2O3和0.06mol的H3BO3放入玛瑙研钵中，研磨半小时。然手转移到坩埚中，将坩埚放入惰性气体Ar保护的管式炉中。以1-10℃/min的升温速度将炉子升至200-400℃，保温3-10小时，最后以1-10℃/min的速度降至室温。将合成的材料取出，研磨成粉后再次转移到坩埚中，放入惰性气体Ar保护的管式炉中。以1-10℃/min的升温速度将炉子升至600-900℃，保温10-40小时，最后以1-10℃/min的速度降至室温。将获得产物取出研磨成分即得到Na3V2(BO3)3化合物。如图1所示，其为灰绿色粉末，振实密度1.5g/cm3，熔点930℃。其X射线衍射图谱如图2所示，其晶体结构图如图3所示。从图3中可以看到，其基本的结构单元为BO3三角形，Na和V占据同一个位置，将BO3三角形相互连接形成三维网络结构。实施例2Na3V2(BO3)3化合物的溶胶-凝胶制备将0.03mol的草酸溶解于装有去离子水的烧杯中，然后加入0.02mol的VBO3，在70-80℃的恒温水浴中搅拌至呈蓝色溶液，然后加入0.01mol的H3BO3、0.015mol的Na2CO3，继续搅拌形成蓝绿色的硼酸钒钠溶胶。将该溶胶置于80℃烘箱中烘10h左右得到蓝色蓬松状前驱体，将该前驱体研磨呈粉末后置于坩埚中，将坩埚放入惰性气体Ar保护的管式炉中。以1-10℃/min的升温速度将炉子升至200-400℃，保温3-10小时，最后以1-10℃/min的速度降至室温。将合成的材料取出，研磨成粉后再次转移到坩埚中，放入惰性气体Ar保护的管式炉中。以1-10℃/min的升温速度将炉子升至600-900℃，保温10-40小时，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Na

【技术特征摘要】
1.一种Na3V2(BO3)3化合物。2.一种权利要求1所述Na3V2(BO3)3化合物的制备方法，其特征在于：制备步骤如下，将含Na化合物、含三价V化合物和含B化合物按摩尔比Na:V:B＝3:2:3的比例混合均匀后，进行化学合成反应，制得Na3V2(BO3)3化合物。3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述含Na化合物为Na的氧化物、Na的碳酸盐、Na的硼酸盐、Na的硝酸盐或Na的草酸盐中的一种或二种以上；所述含三价V化合物为三价V的氧化物或/和V的硼酸盐；所述含B化合物为H3BO3或/和B2O3。4.按照权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：采用固相反应制备Na3V2(BO3)3化合物，其步骤如下：1)配料：将含Na化合物、含三价V化合物和含B化合物按Na:V:B为3：2:3的摩尔比配料进行预处理；所述经预处理的原料的预处理为将配置好的原料混合均匀后倒入刚玉坩埚中，于马弗炉中从室温升温至200-500℃加热2-10小时以上，后冷却至室温；2)控制各项参数进行材料合成：将盛有上述配料的坩埚置于通有惰性保护气氛的管式炉中；以1-5℃的速率从室温升至600-1000℃；保温10-40小时；待反应充分后，以1-50℃/h的速率降至室温，得到Na3V2(BO3)3材料。5.按照权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法制备Na3V2(BO3)3化合物，其步骤如下：1)配料：将含Na化合物、含三价V化合物和含B化合物按Na:V:B为3:2:3的摩尔比加入50-100℃的去离子水中搅拌至形成均匀的溶液；2)将溶液转移至100-150℃的烘箱中，研磨成粉转移到瓷舟中，进行预处理；所述经预处理的原料的预处理为将配置好的原料混合均匀后倒入瓷舟中，于马弗炉中从室温升温至200-500℃加热2-10小时以上，后冷却至室温；3)控制各项参数进行材料合成：将盛有上述配料的瓷舟置于通有惰性保护气氛的管式炉中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保温10-40小时；待反应充分后，以1-50℃/h的速率降至室温，Na3V2(BO3)3化合物。6.一种权利要求1所述Na3V2(BO3)3化合物作为活性材料在钠离子电池正极材料中的应用，其特征在于：所述钠离子电池正极材料为Na3V2(BO3)3/C材料，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯凯，张华民，张洪章，李先锋，程意，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21