一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料及其制备方法和应用，属于水系二次电池材料领域。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液；(2)将可溶性钴盐与所述步骤(1)得到的混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料；(3)将所述步骤(2)得到的前驱体材料进行煅烧，得到钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料。本发明专利技术制得的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料应用在水系铵离子电池中，具有良好的循环稳定性以及优异的导电性。电性。电性。

【技术实现步骤摘要】
一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水系二次电池材料领域，尤其涉及一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水系二次电池采用的水系电解液，具有高离子电导率、高能量密度和功率密度并且易制取的特性，相对于非水系电解液，电池的安全性也得到更好的保证。铵离子作为一种非金属载流子，由于它具有独特的优势：拥有无限大的铵盐资源、铵离子很轻，其摩尔质量只有18g
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mol
‑1、它表现出最小的水合离子的尺寸，这有助于通过水系电解液快速扩散、铵离子的温和的酸碱环境有利于防止电池材料及器件的腐蚀而备受关注。
[0003]五氧化二钒(V2O5)是一种很有前途的二次电池正极材料，利用插层化学原理形成层状框架，使离子易于移动并进行大量氧化还原反应，从而获得高比容量。然而，五氧化二钒缓慢的离子扩散动力学、低电导率和低能量密度严重限制了其在铵离子电池领域的应用。
[0004]因此，提供一种具有良好循环稳定性和优异的导电性的Co掺杂V2O5水系铵离子电池正极材料成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的制备方法制备出的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料应用在水系铵离子电池中具有良好的循环稳定性和优异的导电性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液；
[0009](2)将可溶性钴盐与所述步骤(1)得到的混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料；
[0010](3)将所述步骤(2)得到的前驱体材料进行煅烧，得到钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料。
[0011]优选地，所述步骤(1)中可溶性偏钒酸盐与有机酸的物质的量之比为1：(1～1.2)。
[0012]优选地，所述步骤(1)中可溶性偏钒酸盐为偏钒酸铵。
[0013]优选地，所述步骤(1)中有机酸为草酸。
[0014]优选地，所述步骤(2)中可溶性钴盐与所述步骤(1)中可溶性偏钒酸盐的物质的量之比为(0.01～0.1)：1。
[0015]优选地，所述步骤(2)中水热反应的温度为150～200℃，水热反应的时间为3～3.5h。
[0016]优选地，所述步骤(2)中水热反应完成后还包括：将所述水热反应的产物依次进行冷却、过滤、洗涤和干燥。
[0017]优选地，所述步骤(3)中煅烧的温度为380～400℃，煅烧的时间为2～2.5h。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料，包括五氧化二钒和均匀分布在所述五氧化二钒上的四氧化三钴。
[0019]本专利技术提供了上述技术方案所述的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料在水系铵离子电池中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液；(2)将可溶性钴盐与所述步骤(1)得到的混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料；(3)将所述步骤(2)得到的前驱体材料进行煅烧，得到钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料。本专利技术通过对五氧化二钒进行钴掺杂，钴的加入可以提高粒子分散性和提高正极材料与电解液间的湿润性，进而提高五氧化二钒正极材料的分散性和电导率；通过加入有机酸，调节水热反应过程中生成前驱体的晶体结晶度和形貌，以进一步提高五氧化二钒正极材料的电导率和电池的循环稳定性。实施例结果表明，本专利技术提供的制备方法制得的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料应用在水系铵离子电池中，在电流密度为1.0A
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g
‑1条件下，比容量为85～175mAh
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g
‑1，库伦效率为40～70％，能量密度为30～50Wh
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kg
‑1，循环次数可达1000次，具有良好的循环稳定性以及优异的导电性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的晶体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的SEM图；
[0023]图3为本专利技术对比例1制备的五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的SEM图；
[0024]图4为本专利技术实施例1～4制备的钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料和对比例1制备的五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的XRD图；
[0025]图5为本专利技术应用例1～4和对比应用例1中水系铵离子电池的循环性能曲线图；
[0026]图6为本专利技术应用例5～8和对比应用例2中水系铵离子电池的循环性能曲线图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液；
[0029](2)将可溶性钴盐与所述步骤(1)得到的混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料；
[0030](3)将所述步骤(2)得到的前驱体材料进行煅烧，得到钴掺杂五氧化二钒水系铵离
子电池正极材料。
[0031]本专利技术将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液。
[0032]在本专利技术中，所述可溶性偏钒酸盐与有机酸的物质的量之比优选为1：(1～1.2)，更优选为1：(1～1.1)。本专利技术将可溶性偏钒酸盐与有机酸的物质的量之比限定为上述范围内可以有利于制备出性能较好的五氧化二钒，并利于正极材料的导电性能。
[0033]在本专利技术中，所述可溶性偏钒酸盐优选为偏钒酸铵；所述有机酸优选为草酸。本专利技术将可溶性偏钒酸盐和有机酸的种类限定为上述范围内可以利于反应的发生，更好的制备出五氧化二钒。
[0034]在本专利技术中，所述可溶性偏钒酸盐、有机酸与水的混合的方式优选为先进行剪切式搅拌溶解，然后通过磁力搅拌进行分散溶解。在本专利技术中，所述磁力搅拌的转速优选为500～800rpm；所述磁力搅拌的时间优选为5～10min。本专利技术通过上述混合方式可以使溶液混合的更加均匀。
[0035]得到混合液后，本专利技术将可溶性钴盐与所述混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料。
[0036]在本专利技术中，所述可溶性钴盐与所述可溶性偏钒酸盐的物质的量之比优选为(0.01～0.1)：1，更优选为(0.02～0.08)：1，进一步优选为(0.02～0.04)：1。本专利技术通过将可溶性钴盐与可溶性偏钒酸盐的物质的量之比限定为上述范围内可以使正极材料具有良本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性偏钒酸盐、有机酸与水混合，得到混合液；(2)将可溶性钴盐与所述步骤(1)得到的混合液混合后进行水热反应，得到前驱体材料；(3)将所述步骤(2)得到的前驱体材料进行煅烧，得到钴掺杂五氧化二钒水系铵离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中可溶性偏钒酸盐与有机酸的物质的量之比为1：(1～1.2)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中可溶性偏钒酸盐为偏钒酸铵。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中有机酸为草酸。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中可溶性钴盐与所述步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：向楷雄，幸琳，文小雨，陈晗，刘梓灏，赵严帅，
申请(专利权)人：湖南格瑞普新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：