一类V制造技术

本发明专利技术公开了一类V2‑

【技术实现步骤摘要】
一类V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料及其制造工艺
，具体涉及一类适用于锂离子电池的V2‑
x
Cr
x
S4无锂正极材料的合成方法。

技术介绍

[0002]与其它二次电池相比，锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、安全性好等优势已广泛应用于电动汽车、便携式电子设备、规模储能等领域。然而，当前主流锂离子电池体系的能量密度已逼近理论极限，难以满足未来科技进步和社会发展的需要，而能量密度进一步突破的关键在于锂金属负极的应用。与传统含锂正极材料如钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元正极等相比，无锂正极材料可与锂金属负极直接配对，是高比能锂电池开发的最佳选择。
[0003]以VS2为代表的过渡金属硫化物是颇具竞争力的无锂正极材料。一方面，由于二维层状结构特征，过渡金属硫化物在一定电压范围内具备嵌入型储锂机理。与转化型储锂相比，其可避免循环过程中的电极体积与结构剧烈变化，有助于获得良好的循环稳定性。另一方面，锂金属负极的应用与固态电解质的适配密不可分。与传统氧化物正极相比，过渡金属硫化物与目前最具希望的硫化物固态电解质界面相容性十分优异。因此，基于过渡金属硫化物的无锂正极材料的研发，将为高比能、高安全性二次锂金属电池体系提供一个理想的解决方案。然而，传统过渡金属硫化物正极往往电压偏低，导致电池能量密度表现不佳，从而具备高电压特征材料的研发需求日益迫切。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一类铬掺杂硫化钒V2‑
x
Cr
x
S4正极材料的合成方法。基于钒盐、铬盐、硫源和氨水等原料，通过溶剂热方法合成V2‑
x
Cr
x
S4，其中0.1≤x≤1。作为锂离子电池无锂正极材料时具有能量密度高、电压平台高、嵌入式储锂机制等优势，有助于推动锂金属负极与相应高比能固态电池的开发。
[0005]根据上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一类V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其特征在于：将钒盐、铬盐、硫源、氨水以预设比例加入溶剂中并混合均匀；随后将混合液加入反应釜中并密封，加热处理，随后室温下冷却；所得产物分离、洗涤后干燥，得到V2‑
x
Cr
x
S4，其中0.1≤x≤1。该反应经历一个溶液中的钒
‑
铬均相共成核、外延生长与自组装过程，同时氨水保证必须的碱性反应环境，最终得到由二维纳米片组成的三维花状自组装结构。
[0007]优选的，所述钒盐为偏钒酸铵NH4VO3、钒酸钠Na3VO4、偏钒酸钠NaVO3、偏钒酸钾KVO3中的至少1种，铬盐为三氯化铬CrCl3、硝酸铬Cr(NO3)3、硫酸铬Cr2(SO4)3中的至少1种，硫源为硫脲CH4N2S、硫代乙酰胺C2H5NS、硫代硫酸钠Na2S2O3中的至少1种。
[0008]优选的，钒盐与铬盐的摩尔比例为1
‑
19∶1。
[0009]优选的，钒盐、铬盐之和与硫源的摩尔比例为1∶2.5
‑
20。
[0010]优选的，氨水与溶剂的体积比为1∶15
‑
150.
[0011]优选的，所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少1种。
[0012]优选的，所述加热处理过程的升温速率为3
‑
10℃min
‑1，升温至100
‑
220℃范围的某一恒定温度，保温时间为3
‑
24h。
[0013]优选的，分离采用离心或抽滤方式，分离与洗涤过程中所使用的溶剂为去离子水、乙醇、丙酮中的至少2种。
[0014]优选的，干燥温度为50
‑
100℃。
[0015]本专利技术与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：
[0016]1.本专利技术为一类过渡金属硫化物材料的合成方法，基于特定比例的钒盐、铬盐、硫源、氨水等原料，通过特定温度与时间的溶剂热合成手段获得V2‑
x
Cr
x
S4材料，其中0.1≤x≤1。整体工艺较为简单，成本较低，且产率良好。并可通过原料比例、反应温度、反应时间等参数控制产物形貌、物相、纯度与结晶性。
[0017]2.本专利技术合成的一类V2‑
x
Cr
x
S4材料作为锂离子电池无锂正极材料使用时同时拥有高比容量与高电压的优势。其自身作为无锂负极与锂金属负极配对可有效提高电池比能量，同时嵌入型储锂机制提高了电池循环过程的稳定性与容量保持率。本材料为为高比能、高安全性二次锂金属电池体系提供了一个全新的正极解决方案，有助于推动其商业化进程。
附图说明
[0018]图1为实施例1中合成的V2‑
x
Cr
x
S4材料的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0019]图2为实施例1中合成的V2‑
x
Cr
x
S4材料的X
‑
射线衍射(XRD)图谱；
[0020]图3为实施例1中合成的V2‑
x
Cr
x
S4作为锂离子电池无锂正极材料，在首次恒电流放电
‑
充电过程中的容量
‑
电压曲线；
[0021]图4为实施例1中合成的V2‑
x
Cr
x
S4作为锂离子电池无锂正极材料的循环性能。
具体实施方式
[0022]为了更好理解本专利技术
技术实现思路
，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例仅为更加清楚地阐述本专利技术，但本专利技术要求保护的范围并不局限于以下实施例表述的范围。
[0023]实施例1
[0024]一类V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其步骤如下：
[0025](1)反应体系的制备：将钒酸钠Na3VO4、三氯化铬CrCl3、硫代乙酰胺C2H5NS、氨水分别以3.5mmol、0.5mmol、20mmol、800μL的量或体积加入30mL去离子水中，随后搅拌60min；
[0026](2)溶剂热合成过程：将上述混合液转移至容量为50mL的反应釜中并密封，升温速率为5℃min
‑1，升温至120℃保温12h，随后室温下冷却。使用去离子水和乙醇分离所得产物并进行洗涤，60℃干燥后得到V
1.75
Cr
0.25
S4材料。
[0027]实施例2
[0028]一类V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其步骤如下：
[0029](1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其特征在于：将钒盐、铬盐、硫源、氨水以预设比例加入溶剂中并混合均匀；随后将混合液加入反应釜中并密封，加热处理，随后室温下冷却；所得产物分离、洗涤后干燥，得到V2‑
x
Cr
x
S4，其中0.1≤x≤1。2.根据权利要求1所述的V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其特征在于：所述钒盐采用偏钒酸铵NH4VO3、钒酸钠Na3VO4、偏钒酸钠NaVO3、偏钒酸钾KVO3中的至少1种，铬盐采用三氯化铬CrCl3、硝酸铬Cr(NO3)3、硫酸铬Cr2(SO4)3中的至少1种，硫源采用硫脲CH4N2S、硫代乙酰胺C2H5NS、硫代硫酸钠Na2S2O3中的至少1种。3.根据权利要求1或2所述的V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其特征在于：钒盐与铬盐的摩尔比例为1
‑
19∶1。4.根据权利要求1或2所述的V2‑
x
Cr
x
S4锂离子电池无锂正极材料的合成方法，其特征在于：钒盐、铬盐之和与硫源的摩尔比例为1∶2.5
‑
20。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：施思齐，王达，喻嘉，王国鑫，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：