[发明专利]一种高性能负极材料Li3VO4/C的制备方法及在钠离子电池上的应用在审

专利信息
申请号: 201610077959.4 申请日: 2016-02-03
公开(公告)号: CN107039637A 公开(公告)日: 2017-08-11
发明(设计)人: 倪世兵;张继成;唐俊;杨学林 申请(专利权)人: 三峡大学
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/054
代理公司: 宜昌市三峡专利事务所42103 代理人: 蒋悦
地址: 443002*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 性能 负极 材料 li3vo4 制备 方法 钠离子 电池 应用
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种新型钠离子电池负极材料,属于储能材料与电化学电源领域。

技术背景

能源短缺和环境污染已经成为威胁人类生存和发展重大问题。大力发展可再生能源如太阳能、风能、潮汐能、地热能等是解决能源和环境问题有效方法。然而,这些可再生能源有不连续性、不稳定性的缺点,需要采用储能装置进行转换和储存。在众多储能器件中,锂离子电池因具有工作电压高、比能量大、环境友好等显著优点不仅广泛应用于手机、手提电脑等便携式电子设备中,而且在大型储能设备和电动汽车方面的应用研究呈现爆发式增长。然而地球上锂储量有限,锂离子电池大规模的开发使得锂资源短缺问题逐渐凸显,锂盐成本越来越高,势必会限制大规模储能电源的发展。因此,发展成本低廉的先进电池体系是未来储能电池的必然途径。

钠资源丰富,成本低廉,与锂有相似的物理性质,钠离子电池与锂离子电池具有相似的电化学性质,近年获得了广泛的关注。钠离子电池存在的主要问题在于循环性能较差,库伦效率较低等。目前,钠离子电池负极材料匮乏,以硬碳材料为主,其电化学性能不理想,且硬碳材料的充、放电平台较低,很容易在负极表面形成金属钠的沉积,导致钠离子电池存在安全隐患。负极材料已成为制约钠离子电池整体性能的关键因素之一,因此,研发高容量及优异循环性能的储钠电极材料已成为目前电池领域的热点。基于以上背景,本专利发明一种有效方法制备一种Li3VO4/C钠离子电池负极材料,以其作为钠离子电池负极显示出较高的比容量和优异的循环稳定性。到目前为止,Li3VO4/C在钠离子电池中的应用的研究尚未见报道。

发明目的

本发明的目的就是以偏钒酸铵、氢氧化锂、六次甲基四胺为原料,以柠檬酸为碳源,通过湿化学方法并结合高温烧结制备出Li3VO4/C钠离子电池复合负极材料。其原理就是利用中间液相引入柠檬酸从而实现前驱体与柠檬酸的均匀混合,利用烘干过程中前驱体的结晶诱导柠檬酸分子沿前驱体晶粒表面吸附,在烧结过程中,柠檬酸的碳化与Li3VO4的生成同时进行,最终得到C与Li3VO4在微观尺度均匀复合的Li3VO4/C钠离子电池复合负极材料。

本发明所涉及的Li3VO4/C合成原料为偏钒酸铵、氢氧化锂、六次甲基四胺。材料制备过程中,先将偏钒酸铵、氢氧化锂、六次甲基四胺按摩尔比1-3:4-8:3-5投料(进一步优选为按摩尔比2:6:5投料),放置于容器中加适量去离子水搅拌均匀,然后放置于广口瓶中于70~100℃下反应4~10小时。将反应得到的溶液转移至烧杯中并添加一定量的柠檬酸,充分搅拌后在烘箱中烘干,最终在氮气条件下加热到400~700℃烧结2~10小时,自然冷却可得到Li3VO4/C样品。

本发明所涉及的Li3VO4/C负极材料及制备方法具有以下几个显著特点:

(1)合成方法简单,前驱体的反应可在低温、常压下进行;

(2)所制备样品中Li3VO4/C为均匀的纳米颗粒,尺寸在100nm左右;

(3)所制备Li3VO4/C可作为钠离子电池负极材料,具有较高充、放电容量和优异的循环性能。

附图说明:

图1实施例1所制备样品的(a)XRD和(b)Raman图谱;

图2实施例1所制备样品的SEM图;

图3实施例1所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图;

图4实施例2所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图;

图5实施例3所制备样品的首次充、放电曲线(a)和(b)循环性能图。

具体实施方式

实施例1

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