本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极材料Na1．1V3O7．9制备方法，该方法是利用溶胶‑凝胶法通过不同温度的热处理，制备具有良好电化学性能的正极材料Na1．1V3O7．9。
Preparation method of cathode material Na1.1V307.9 for lithium ion batteries
The invention relates to a preparation method of a lithium ion battery positive electrode material Na1.1V3O7.9, which uses the sol-gel method to prepare a positive electrode material Na1.1V3O7.9 with good electrochemical properties by heat treatment at different temperatures.
【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9制备方法，该方法是利用溶胶-凝胶法通过不同温度的热处理，制备具有良好电化学性能的正极材料，属于锂离子电池正极材料
技术介绍
近年来，锂离子蓄电池发展十分迅速。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其技术指标很大程度上影响着电池的性能，并直接决定着电池成本高低，所以高性价比正极材料的研发成为锂离子电池发展的关键所在。因具有易制备、高容量、良好的循环性能的优点，钒氧化合物及其相关的钒酸盐作为锂离子电池正极材料受到越来越多科研工作者的关注。其中钒酸锂凭借着高容量，合适的电位及适合嵌锂/脱锂的层状结构得到了广泛关注与研究，是目前研究最多的锂离子电池正极材料之一。然而钒酸锂在循环过程中结构不稳定，导致容量保持率偏低。钒酸钠的结构与钒酸锂相似，而且大量研究表明钒酸钠作为锂离子电池正极材料的循环性能和比容量都要比钒酸锂更好，因而得到了广泛的关注。Na1.1V3O7.9属于单斜晶系、P21/m空间群的层状化合物a=13Å,b=8.388Å,c=14.102Å，Na+占据层间的八面体间隙位置，该位置的活化能较高，Na+无法在充放电过程中从该位置脱嵌而Li+可以嵌入Na1.1V3O7.9中的V-O层间隙位置。Na+支撑特殊的V-O层状结构，此层为平行于（001）的平行层，Na+处在夹层空间。沿b轴的间隙通道可以提供相当大的空穴，由于Na+的半径大于Li+的半径，所以锂离子在层间的传输时受到较小的空间位阻。以上信息可知，Na1.1V3O7.9似乎是一个很有吸引力的锂离子正极材料。但是，目前为止，关于Na1.1V3O7.9作为锂离子电池正极材料的制备方法报道并不多。Liang等在[UltrathinNa1.1V3O7.9NanobeltswithSuperiorPerformanceasCathodeMaterialsforLithium-IonBatteries]这篇文章中利用NH4VO3和NaF为初始原料通过水热-固相烧结制得Na1.1V3O7.9并用于锂电池正极材料，在电流密度为300mAg-1下，最大放电容量为191mAhg-1。本专利技术是利用溶胶-凝胶法通过不同温度的热处理，制备Na1.1V3O7.9电极材料，该材料用作锂离子电池正极时有优异的电化学性能。
技术实现思路
针对钒系正极材料循环稳定性能差的问题，本专利技术提供一种利用溶胶-凝胶法通过不同温度的热处理，来制备具有良好电化学性能的锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9的方法，具体实验方案为:（1）称取一定量V2O5（分子量181.88，分析纯)放入蒸馏水中搅拌并加热到80℃制得溶液A，V2O5与蒸馏水的质量比为3:100;称取一定量草酸溶于蒸馏水中配成溶液B，草酸与蒸馏水的质量比为6:100，草酸与V2O5的摩尔比为3:1;（2）将上述溶液B缓慢滴加到溶液A中，加热并搅拌溶液至100℃，溶液变为蓝色透明状后继续搅拌保温1h，得到溶液C;（3）按照V:Na摩尔比3:1.1的比例称取一定量NaNO3（分子量84.99，分析纯）溶于蒸馏水，NaNO3与蒸馏水的质量比为1:50，搅拌10min后，得到溶液D，并将溶液D缓慢滴加到溶液C中，在100℃加热搅拌使溶液中的水分蒸发得到溶胶，溶胶经过85℃下加热、干燥后得到凝胶并于干燥箱中80℃干燥12h后研磨，所得粉体在不同的温度下进行热处理，得到目标材料Na1.1V3O7.9;（4）将制备的锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9与乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按80:10:10的质量比充分研磨混合，加入N-甲基吡咯烷酮溶剂搅拌均匀后得到胶水状预涂精制浆液。（5）将制备的预涂精制浆液涂布于铝箔上，经130℃干燥0.5h和110℃真空干燥12h，自然冷却后利用冲片机切成直径12cm的圆片，即制成锂离子电池正极电极片;（6）按照正极壳-电极片-电解液-隔膜-电解液-锂片-垫片-弹片-负极壳的顺序依次装配，利用封口机将电池密封，即可制得CR2032型纽扣半电池;（7）用CT-3008W-5V-10mA-S4型充放电仪，充放电电压为1.5~4.0V和300mAg-1电流密度下对电池进行充放电测试。本专利技术的显著优点是：（1）利用V2O5、草酸、NaNO3为初始原料，制得溶胶-凝胶，材料廉价易得，降低了生产成本。（2）利用溶胶-凝胶法制备Na1.1V3O7.9电极材料具有生产工艺和过程简单易操作等优点，可以大规模工业化生产。（3）用溶胶凝-胶法制备的Na1.1V3O7.9电极材料，物相纯且结晶性好。（4）该方法制备的Na1.1V3O7.9用作锂离子电池正极材料时，具有高比容量且循环性能好。附图说明：图1是本专利技术合成的锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9的XRD图，图中产物的谱图与Na1.1V3O7.9标准谱图一致。图2是本专利技术实施例1合成的锂离子电池正极材料Na1.1V3O7.9用作锂离子电池正极时在300mAg-1的电流密度下的循环性能图，其中纵坐标为比容量，横坐标为循环次数。具体实施方法：实施例1：（1）称取一定量V2O5（分子量181.88，分析纯)放入蒸馏水中搅拌并加热到80℃制得溶液A，V2O5与蒸馏水的质量比为3:100;称取一定量草酸溶于蒸馏水中配成溶液B，草酸与蒸馏水的质量比为6:100，草酸与V2O5的摩尔比为3:1；（2）将上述溶液B缓慢滴加到溶液A中，加热并搅拌溶液至100℃，溶液变为蓝色透明状后继续搅拌保温1h，得到溶液C；（3）按照V:Na摩尔比3:1.1的比例称取一定量NaNO3（分子量84.99，分析纯）溶于蒸馏水，NaNO3与蒸馏水的质量比为1:50，搅拌10min后，得到溶液D，并将溶液D缓慢滴加到溶液C中，在100℃加热搅拌使溶液中的水分蒸发得到溶胶，溶胶经过85℃下加热、干燥后得到凝胶并于干燥箱中80℃干燥12h后研磨，所得粉体在500℃下烧结4h得到目标电极材料Na1.1V3O7.9。上述合成材料在充放电电压为1.5~4.0V和300mAg-1电流密度下，首次放电比容量为224mAhg-1，最大放电比容量为235mAhg-1，循环100次之后的放电比容量为200mAhg-1，容量保持率为89.2%，其电化学循环性能如图2所示。实施例2：（1）称取一定量V2O5（分子量181.88，分析纯)放入蒸馏水中搅拌并加热到80℃制得溶液A，V2O5与蒸馏水的质量比为3:100;称取一定量草酸溶于蒸馏水中配成溶液B，草酸与蒸馏水的质量比为6:100，草酸与V2O5的摩尔比为3:1；（2）将上述溶液B缓慢滴加到溶液A中，加热并搅拌溶液至100℃，溶液变为蓝色透明状后继续搅拌保温1h，得到溶液C；（3）按照V:Na摩尔比3:1.1的比例称取一定量NaNO3（分子量84.99，分析纯）溶于蒸馏水，NaNO3与蒸馏水的质量比为1:50，搅拌10min后，得到溶液D，并将溶液D缓慢滴加到溶液C中，在100℃加热搅拌使溶液中的水分蒸发得到溶胶，溶胶经过85℃下加热、干燥后得到凝胶并于干燥箱中80℃干燥12h后研磨，所得粉体在350℃下烧结4h得到目标电极材料Na1.1V3O7.9。上述合成材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.称取一定量V2O5（分子量181.88，分析纯)放入蒸馏水中搅拌并加热到80℃制得溶液A，V2O5与蒸馏水的质量比为3:100; 称取一定量草酸溶于蒸馏水中配成溶液B，草酸与蒸馏水的质量比为6:100，草酸与V2O5的摩尔比为3:1。
【技术特征摘要】
1.称取一定量V2O5（分子量181.88，分析纯)放入蒸馏水中搅拌并加热到80℃制得溶液A，V2O5与蒸馏水的质量比为3:100;称取一定量草酸溶于蒸馏水中配成溶液B，草酸与蒸馏水的质量比为6:100，草酸与V2O5的摩尔比为3:1。2.将上述溶液B缓慢滴加到溶液A中，加热并搅拌溶液至100℃，溶液变为蓝色透明状后继续搅拌保温1h，得到溶液C。3.按照V:Na摩尔比3:1.1的比例称取一定量...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵萍，庄会峰，李卓辉，刘继发，高敏，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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