一种通过铜离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过铜离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法。首先以商业化五氧化二钒（V2O5）粉体为钒源，三水合硝酸铜为铜源，双氧水为助溶剂，采用溶胶‑凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备Cu

【技术实现步骤摘要】
一种通过铜离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法
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Cu2+预嵌提高五氧化二钒(V2O5·nH2O)电极材料储钠性能的方法。
技术介绍
锂离子电池凭借其能量密度高、循环寿命长和环境友好等优点，广泛应用在便携式电子设备、电动汽车等领域。由于金属锂资源有限，随着其需求量的日益增加，导致锂离子电池制备成本大大提升。金属钠储量远高于金属锂，且具有与金属锂相似的物理化学性质，因此，钠离子电池被认为是锂离子电池最有潜力的替代品。然而，Na+半径比Li+半径大，致使Na+在电极材料中扩散阻力更大，且对电极材料结构的破坏也更为严重。因此开发高性能的电极材料是钠离子电池发展的关键。具有典型双层结构的五氧化二钒(V2O5·nH2O)因其储量丰富、容易制备和层间距大等优点，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，在反复充放电过程中容易扭曲、坍塌和粉化，致使材料循环稳定性差；Na+在V2O5·nH2O层间扩散缓慢，致使材料倍率性能差；V2O5·nH2O材料固有的电子导电性差，严重影响了其在大电流密度下的充放电性能。以上这些问题制约了V2O5·nH2O在钠离子电池中的实际应用。针对V2O5·nH2O正极材料存在的这些问题，目前用来提高其储钠性能的方法主要有四种：材料纳米化、与高导电性材料复合、金属阳离子掺杂/预嵌和采用表面活性剂进行形貌调控。在众多金属中，金属铜具有最高的电子导电性，因此Cu2+是最佳的金属阳离子预嵌候选离子。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Cu2+预嵌入V2O5·nH2O材料层间，从根本上提升电极材料自身的结构稳定性和电子导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过Cu2+预嵌提高V2O5·nH2O电极材料储钠性能的方法。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，并按照三水合硝酸铜中的铜(Cu)与步骤(1)得到的凝胶中的钒(V)的摩尔比n(Cu):n(V)＝0～3:100的比例向其中缓慢滴加硝酸铜水溶液，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Cu2+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Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料。本专利技术通过Cu2+预嵌提高V2O5·nH2O电极材料的储钠性能的方法完全可行，能成功的将Cu2+嵌入到V2O5·nH2O电极材料层间，并能从根本上改善V2O5·nH2O的储钠性能；制备的Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料作为钠离子电池正极材料具有较高的Na+嵌/脱性能，且具有制备方法简单、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Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1～3所得的Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料的SEM图。图3为本专利技术实施例2和3所得的Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料的EDS图。图4为本专利技术实施例1～3所得的Cu2+预嵌V2O5·nH2O电极材料的倍率性能图。图5为本专利技术实施例1～3所得的Cu2+预嵌V2O5·nH2O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，并用25mL去离子水稀释，充分搅拌6小时后得到均一透明的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Cu2+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H2O，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Cu(NO3)2溶液缓慢滴加到凝胶中，充分搅拌6小时后得到均一透明的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Cu2+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(Cu):n(V)＝1:100的Cu2+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H2O，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Cu(NO3)2溶液缓慢滴加到凝胶中，充分搅拌6小时后得到均一透明的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Cu2+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(Cu):n(V)＝3:100的Cu2+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Cu2+预嵌V2O5·nH2O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)作为粘结剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过Cu

【技术特征摘要】
1.一种通过Cu2+预嵌提高V2O5·nH2O电极材料储钠性能的方法，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、...

【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