一种过渡金属钒酸盐材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种过渡金属钒酸盐材料及其制备方法与应用，属于钒酸盐材料领域。该制备方法包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵与锰盐加入水中，搅拌至充分溶解后再加入一水柠檬酸为螯合剂及碳源，在水浴下持续搅拌直到水分蒸发完全再烘干；(2)将烘干后的产物在氩气或者还原气氛下预煅烧，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；(3)将粉末状材料在氩气或者还原气氛下煅烧，自然冷却后，得到过渡金属钒酸盐材料。本发明专利技术采用溶胶凝胶法合成出了纯相的MnV2O4，该方法制备工艺简单、环保，原料来源丰富，产量可控，适合于大规模生产。而且，本发明专利技术合成的MnV2O4可以同时用作锂离子电池负极材料以及锌离子电池正极材料，且性能优异。且性能优异。且性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属钒酸盐材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钒酸盐材料
，具体涉及一种过渡金属钒酸盐材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前最有前途的储能系统之一，广泛应用于电动汽车和便携式电子产品中。负极材料作为锂离子电池的关键部件之一，在其性能中起着重要的作用。目前，石墨和钛酸锂是各种锂离子电池负极材料中最常用的商业应用材料。然而，石墨有限的理论比容量(372mA h g
‑1)以及潜在的安全隐患限制了其应用，钛酸锂的高放/充电电位平台(～1.6V vs Li/Li
+
)降低了整个电池的能量和功率密度。因此，急需寻找具有良好电化学性能的负极材料。近年来，混合过渡金属氧化物因为其超高的理论比容量以及双金属元素之间的协同效应在锂离子负极材料方面得到了广泛的研究。考虑到钒和锰的多重价态以及它们高电化学活性的性质，过渡金属钒酸盐MnV2O4有望成为一种高性能的负极材料。
[0003]此外，在各种电化学储能系统中，可充电水系锌离子电池以其低成本、丰富的原材料和环境友好性成为未来大规模储能技术中最有希望的锂离子电池替代品。目前，锰基和钒基氧化物是锌离子电池的主要正极材料，其中锰基氧化物的电压窗口为0.8
‑
1.8V，钒基氧化物的电压窗口为0.1
‑
1.4V。受锂离子电池中混合过渡金属氧化物中双金属元素协同效应的启发，结合锰基和钒基氧化物，利用协同效应以期实现具有更宽的电压窗口且性能优异的锌离子电池正材料。
[0004]目前，虽然已经有报道关于MnV2O4的制备，但其合成方法步骤繁琐，需要进一步改性，且每次合成量少，不适合大规模制备；所用原材料有一定毒性，不符合环保的要求。

技术实现思路

[0005]为了克服以上不足，本专利技术的首要目的在于提供一种过渡金属钒酸盐材料的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制备得到的过渡金属钒酸盐材料。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述的过渡金属钒酸盐材料在锂离子电池和锌离子电池领域的应用。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0009]一种过渡金属钒酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)制备前躯体：采用溶胶
‑
凝胶法合成了MnV2O4，将偏钒酸铵(NH4VO3)与锰盐加入水中，搅拌至充分溶解后再加入一水柠檬酸为螯合剂及碳源，在水浴下持续搅拌直到水分蒸发完全再烘干；
[0011](2)预处理：将步骤(1)烘干后的产物在氩气或者还原气氛下预煅烧，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；
[0012](3)高温煅烧：将步骤(2)得到的粉末状材料在氩气或者还原气氛下煅烧，自然冷
却后，得到过渡金属钒酸盐材料。
[0013]优选的，步骤(1)所述锰盐为乙酸锰(Mn(CH3COO)2)、氯化锰(MnCl2)、碳酸锰(MnCO3)和硫酸锰(MnSO4)中的一种；所述偏钒酸铵中钒与锰盐中锰的摩尔比为2:1。
[0014]优选的，步骤(1)所述柠檬酸与锰盐的摩尔比为1:1
‑
1:3，进一步优选为1：3。
[0015]优选的，步骤(1)所述水浴的温度为70
‑
100℃，进一步优选为70℃。
[0016]优选的，步骤(2)所述预煅烧的温度为300
‑
400℃，时间为2
‑
6h，进一步优选为350℃预煅烧5h。
[0017]优选的，步骤(2)、步骤(3)所述还原气氛为含有5％氢气的氩气。
[0018]优选的，步骤(3)所述煅烧的温度为500℃～800℃，煅烧的时间为5～12小时，进一步优选为600℃预煅烧8h。
[0019]由以上任一项所述的制备方法制得的一种过渡金属钒酸盐材料。
[0020]以上所述的一种过渡金属钒酸盐材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
[0021]以上所述的一种过渡金属钒酸盐材料在制备锌离子电池正极材料中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术采用溶胶凝胶法在保护气氛下合成出了纯相的MnV2O4，该方法制备工艺简单、环保，原料来源丰富，产量可控，适合于大规模生产。
[0024](2)本专利技术合成的MnV2O4可以同时用作锂离子电池负极材料以及锌离子电池正极材料，且性能优异。
[0025](3)本专利技术合成的MnV2O4用途广泛，不仅可以用于储能领域的电极材料，还可以用于催化、制冷等领域。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1中MnV2O4的X射线衍射图。
[0027]图2是本专利技术实施例1中MnV2O4的扫描电镜图片。
[0028]图3是本专利技术实施例1中MnV2O4作为锂离子电池负极的循环性能曲线图。
[0029]图4是本专利技术实施例1中MnV2O4作为锂离子电池负极循环前的扫描电镜图片。
[0030]图5是本专利技术实施例1中MnV2O4作为锂离子电池负极循环100次后的扫描电镜图片。
[0031]图6是本专利技术实施例1中MnV2O4作为锂离子电池负极循环500次后的扫描电镜图片。
[0032]图7是本专利技术实施例2中MnV2O4的X射线衍射图。
[0033]图8是本专利技术实施例2中MnV2O4作为锌离子电池正极的循环性能曲线图。
[0034]图9是本专利技术实施例3中MnV2O4的X射线衍射图。
[0035]图10是本专利技术实施例3中MnV2O4作为锂离子电池负极的循环性能曲线图。
[0036]图11是本专利技术实施例4中MnV2O4的X射线衍射图。
[0037]图12是本专利技术实施例4中MnV2O4作为锂离子电池负极的循环性能曲线图。
具体实施方式
[0038]下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如无特别说明，本专利技术中所有原料和试剂均为市购常规的原料、试剂。
[0039]实施例1
[0040]将NH4VO3和Mn(CH3COO)2按照V:Mn＝2:1的化学计量比加入去离子水中，搅拌至充分溶解后再加入一水柠檬酸(柠檬酸与锰盐的摩尔比为1：3)作为螯合剂及碳源，在70℃水浴下持续搅拌直到水分蒸发完全再烘干。将得到的混合均匀的前驱体在含有5％氢气的氩气气氛下350℃预煅烧5h，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；在含有5％氢气的氩气气氛下600℃煅烧8h，自然冷却后，得到MnV2O4。
[0041]本实施例所得产物的X射线衍射图见图1。由图1可知，利用溶胶凝胶的方法合成出了纯相的立方晶型的MnV2O4材料。谱图中不存在杂质峰，说明产物纯度高。该产物的扫描电镜图见图2，可以看出，MnV2O4呈现不规则形状的块状结构，尺寸为几百纳米到十几微米。
[0042]电极片制作：将本实施例制备的MnV2O4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属钒酸盐材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将偏钒酸铵与锰盐加入水中，搅拌至充分溶解后再加入一水柠檬酸为螯合剂及碳源，在水浴下持续搅拌直到水分蒸发完全再烘干；(2)将步骤(1)烘干后的产物在氩气或者还原气氛下预煅烧，自然冷却后，研磨得到粉末状材料；(3)将步骤(2)得到的粉末状材料在氩气或者还原气氛下煅烧，自然冷却后，得到过渡金属钒酸盐材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锰盐为乙酸锰、氯化锰、碳酸锰和硫酸锰中的一种；所述偏钒酸铵中钒与锰盐中锰的摩尔比为2:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述柠檬酸与锰盐的摩尔比为1:1
‑
1:3。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦明，文妮，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：