一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，包括：1）按配方量将钼源溶解于足量的乙醇‑水混合溶剂中，充分搅拌，然后用氧化性含氧酸调节pH至1~5；2）将前述产物进行溶剂热反应，反应温度90~180℃，反应时间3~30 h；3）反应结束后，冷却产物，洗涤，干燥；4）将前述产物置于350~700℃惰性气氛下热处理1~3h，得到目标产物Mo4O11。本发明专利技术还公开了一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11，本发明专利技术制备的Mo4O11化学组成均一，纯度高，形貌均匀。

Synthesis of a pure phase lithium ion battery anode material Mo4O11

\u672c\u53d1\u660e\u516c\u5f00\u4e86\u4e00\u79cd\u7eaf\u76f8\u9502\u79bb\u5b50\u7535\u6c60\u8d1f\u6781\u6750\u6599Mo4O11\u7684\u5408\u6210\u65b9\u6cd5\uff0c\u5305\u62ec\uff1a1\uff09\u6309\u914d\u65b9\u91cf\u5c06\u94bc\u6e90\u6eb6\u89e3\u4e8e\u8db3\u91cf\u7684\u4e59\u9187\u2011\u6c34\u6df7\u5408\u6eb6\u5242\u4e2d\uff0c\u5145\u5206\u6405\u62cc\uff0c\u7136\u540e\u7528\u6c27\u5316\u6027\u542b\u6c27\u9178\u8c03\u8282pH\u81f31~5\uff1b2\uff09\u5c06\u524d\u8ff0\u4ea7\u7269\u8fdb\u884c\u6eb6\u5242\u70ed\u53cd\u5e94\uff0c\u53cd\u5e94\u6e29\u5ea690~180\u2103\uff0c\u53cd\u5e94\u65f6\u95f43~30\u00a0h\uff1b3\uff09\u53cd\u5e94\u7ed3\u675f\u540e\uff0c\u51b7\u5374\u4ea7\u7269\uff0c\u6d17\u6da4\uff0c\u5e72\u71e5\uff1b4\uff09\u5c06\u524d\u8ff0\u4ea7\u7269\u7f6e\u4e8e350~700\u2103\u60f0\u6027\u6c14\u6c1b\u4e0b\u70ed\u5904\u74061~3h\uff0c\u5f97\u5230\u76ee\u6807\u4ea7\u7269Mo4O11\u3002 The invention also discloses a pure phase lithium ion battery negative electrode material Mo4O11. The invention has homogeneous chemical composition, high purity and uniform morphology of Mo4O11.

【技术实现步骤摘要】
一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法
本专利技术属于合成中间价态过渡金属氧化物电极材料的
，具体涉及一种应用于锂离子电池电极材料的中间价态过渡金属氧化物Mo4O11的合成方法。该方法不仅操作简单，而且所制备的Mo4O11纯度高。
技术介绍
作为能量转换和存储器件领域的重大突破，锂离子电池技术在近年来得到了迅速发展，在电子工具、备用电源、车用电源系统等领域得到了迅速推广。设计和制备高容量、高倍率性能、长寿命、低成本的电极材料成为当前锂离子电池领域最重要的研究方向之一。石墨材料满足作为理想负极材料的大部分要求，是当前广泛商业化的负极材料。但是，石墨负极材料相对低的能量密度和功率密度不能满足下一代高性能锂离子电池的需求，开发高性能的锂离子电池负极材料成为当今一项十分紧迫的任务。很多重要的过渡金属氧化物在电极反应过程中涉及转换反应机制，因此这类材料往往具有高的可逆比容量和能量密度。目前以过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料的研究取得了较大的进展。钼基氧化物材料是一类重要的氧化物材料。由于可变的钼化合价和多样的物相结构，在不同合成条件下可以设计得到形貌独特、成分各异的钼基氧化物材料，因此，钼基氧化物作为锂离子电池负极材料具有非常大的应用潜力。中间价态钼氧化物（Mo4O11）作为一种锂离子电池负极材料，具有导电率高以及理论比容量高达1050mAh·g-1的优势，尤其其类金属导电性--大大克服了金属氧化物通有的导电性差的缺点。原因归结为引入的氧空位作为浅施主能级，提高了载流子的浓度，从而改善电子导电性；另一方面氧空位的引入为转换反应提供了更多的活性位点，提高了电荷转移动力学。目前，关于合成纯相Mo4O11锂离子电池负极材料的方法还未见报道。本专利采用高效、简单的溶剂热结合热处理法，制备了纯相Mo4O11。有效地改善了常见二元钼氧化物作为锂离子电池负极材料的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种中间价态过渡金属氧化物钼氧化物Mo4O11且应用于锂离子电池负极材料的合成方法。该钼氧化物Mo4O11在具有高达1050mAh·g-1理论比容量的同时还具有类金属导电性，这对于应用于锂离子电池电极材料而言具有极大地优势。该方法不仅操作简单，而且所制备的Mo4O11产品纯度高。具体技术方案如下：一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，包括如下步骤：（1）选取钼源，称取一定质量，溶解于体积为70ml的混合溶剂（水：无水乙醇）中，搅拌5~30min，然后边搅拌边用不同浓度的HNO3调节pH，得到均匀溶液A；（2）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中后密封，然后置于均相反应仪中进行溶剂热反应；（3）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和有机溶剂交替冲洗数次，真空干燥得产物B；（4）称取一定量真空干燥后的产物B，将其置于瓷舟中在惰性气氛中进行热处理，热处理温度为350~700℃，时间为1~3h，得到目标产物Mo4O11；步骤（1）所述的钼源为四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）和二水合钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）中的一种或两种。步骤（1）所述的一定质量为1~5g。步骤（1）所述的不同体积比例的混合溶剂（水：无水乙醇）的体积比为（0.75~69）：1。步骤（1）所述的不同浓度的HNO3范围为4mol/L~16mol/L。步骤（1）所述的pH范围为1~5。步骤（2）所述的溶剂热反应温度为90~180℃，反应时间为3~30h。步骤（3）所述的有机溶剂为无水乙醇、丙酮中的一种或两种。步骤（3）所述的真空干燥是40~60℃下真空干燥4~12h。步骤（4）所述的称取一定量真空干燥后的产物B为0.1~3g步骤（4）所述的惰性气氛为N2或Ar中的至少一种。以及，一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11，通过上述方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术可以得到以下有益效果：（1）该方法采用的是溶剂热结合惰性气体热处理法合成最终产物，该方法克服了传统锻烧采用的还原气氛来合成中间价态的钼氧化物，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，安全性高，可以适合大规模生产。（2）该方法制备的产物Mo4O11化学组成均一，纯度高，形貌均匀。（3）该方法制备的产物作为锂离子电池负极材料能够表现出优异的电化学性能，在100mA·g-1的电流密度下，容量高达897mAh·g-1，充放电循环100圈后容量保持率82%。附图说明图1为实施例1产物的X射线衍射分析图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述，但是本专利技术不局限于以下实施例。实施例1（1）称取1g四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O），溶解于体积为70ml的混合溶剂（水：无水乙醇=11:1）中，搅拌20min，然后边搅拌边用4mol/L的HNO3调节pH=1，得到均匀溶液A；（2）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中后密封，然后置于均相反应仪中进行溶剂热反应，反应温度为150℃，时间为15h；（3）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和有机溶剂无水乙醇交替洗涤6次，真空干燥得产物B；（4）称取0.5g真空干燥后的产物B，将其置于瓷舟中在Ar中进行热处理，热处理温度为600℃，时间为2h，得到目标产物Mo4O11。对本实施例制备的样品进行XRD测试，测试结果如图1所示。图1结果显示，本实施例制备的产品为Mo4O11，化学组成均一，纯度高。对本实施例样品进行电化学循环性能测试，测试结果显示，本专利技术制备的产品在100mA·g-1的电流密度下，容量高达897mA·g-1，充放电循环100圈后容量保持率82%。以上结果显示出本专利技术所制备的Mo4O11电池负极材料具备优异的电化学性能。实施例2（1）称取1g二水合钼酸钠（Na2MoO4·2H2O），溶解于体积为70ml的混合溶剂（水：无水乙醇=3:1）中，搅拌20min，然后边搅拌边用4mol/L的HNO3调节pH=1，得到均匀溶液A；（2）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中后密封，然后置于均相反应仪中进行溶剂热反应，反应温度为120℃，时间为15h；（3）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和有机溶剂丙酮交替洗涤6次，真空干燥得产物B；（4）称取0.5g真空干燥后的产物B，将其置于瓷舟中在Ar中进行热处理，热处理温度为500℃，时间为2h，得到目标产物Mo4O11。实施例3（1）称取1g四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O），溶解于体积为70ml的混合溶剂（水：无水乙醇=6:1）中，搅拌20min，然后边搅拌边用16mol/L的HNO3调节pH=1，得到均匀溶液A；（2）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中后密封，然后置于均相反应仪中进行溶剂热反应，反应温度为180℃，时间为6h；（3）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和有机溶剂无水乙醇交替洗涤6次，真空干燥得产物B；（4）称取1g真空干燥后的产物B，将其置于瓷舟中在Ar中进行热处理，热处理温度为600℃，时间为1h，得到目标产物Mo4O11。实施例4（1）称取1g四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：1）按配方量将钼源溶解于足量的乙醇‑水混合溶剂中，充分搅拌，然后用氧化性含氧酸调节pH至1~5；2）将步骤1）产物进行溶剂热反应，反应温度90~180℃，反应时间3~30 h；3）反应结束后，冷却步骤2）产物，洗涤，干燥；4）将步骤3）产物置于350~700℃惰性气氛下热处理1~3h，得到目标产物Mo4O11。

【技术特征摘要】
1.一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：1）按配方量将钼源溶解于足量的乙醇-水混合溶剂中，充分搅拌，然后用氧化性含氧酸调节pH至1~5；2）将步骤1）产物进行溶剂热反应，反应温度90~180℃，反应时间3~30h；3）反应结束后，冷却步骤2）产物，洗涤，干燥；4）将步骤3）产物置于350~700℃惰性气氛下热处理1~3h，得到目标产物Mo4O11。2.根据权利要求1所述的一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征在于，所述的钼源包括四水合钼酸铵、二水合钼酸钠。3.根据权利要求1所述的一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征在于，所述乙醇-水混合溶剂中，水：无水乙醇的体积比为（0.75~69）：1。4.根据权利要求1所述的一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征在于，所述氧化性含氧酸包括HNO3的水溶液。5.根据权利要求1所述的一种纯相锂离子电池负极材料Mo4O11的合成方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，贺菊菊，李嘉胤，黄剑锋，张宁，齐樱，仵婉晨，李倩颖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61