專利名稱：一種超高倍率鋰離子電池納米正極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料化學(xué)領(lǐng)域及高能電池材料技術(shù)，具體涉及一種新型的具有超高倍率性能的鋰離子電池NaV3O8納米正極材料及其合成工藝。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有體積小、質(zhì)量輕、比容量大、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。目前已廣泛應(yīng)用于便攜式移動工具、數(shù)碼產(chǎn)品、人造衛(wèi)星、航空航天等領(lǐng)域，在混和動力汽車和純電動汽車等領(lǐng)域也具有非常廣闊的前景。目前市場上的主流正極材料為層狀鋰鈷氧和磷酸亞鐵鋰，前者由于Co毒性大，資源嚴重稀缺，實際比容量較低(僅140mAh g—1)， 且過充性能不理想，后者雖然具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性能和循環(huán)性能，但是電子電導(dǎo)率很小，電壓平臺低，實際利用的容量不到150mAh g—1，兩者都無法有效滿足下一代移動電源對于高能高功率電池的需求。因此，科研工作者們積極開發(fā)其它體系低成本的高容量、高倍率正極材料以作為替代。近年來，釩酸系嵌鋰電極材料由于具有成本低廉，相對環(huán)保，高容量等特點而成為關(guān)注的熱點。其中，研究最多是LiV308。該材料具有單斜結(jié)構(gòu)，屬于Ρ2/Π1點群。LiV3O8單元是兩層V3O8-中夾有鋰離子的夾心餅結(jié)構(gòu)。晶體中的VO6八面體和VO5三角雙錐以共頂方式連接，中間形成一個八面體空位，鋰離子占據(jù)了八面體的間隙位置，額外的鋰離子占據(jù)層間的四面體間隙位置。特殊的結(jié)構(gòu)使得LiV3O8在鋰離子脫嵌過程中具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。不過，研究發(fā)現(xiàn)，LiV3O8材料的放電容量和循環(huán)壽命與材料的合成方法及后續(xù)的熱處理過程密切相關(guān)。非晶態(tài)的LiV3O8由于擴散路經(jīng)短，鋰離子能夠快速的嵌入和脫出，每摩爾最多可以嵌入9個鋰離子，比容量很高，但是穩(wěn)定性差。傳統(tǒng)的高溫固相法一般是將Li2CO3與 V2O5按化學(xué)計量比混和均勻，于650°C燒結(jié)制得。放電容量只有ISOmAh g—1。Si等[Journal of Alloys andCompounds, 486 (2009) 400]以尿素為燃料，采用低溫燃燒法制備了容量高達340mAh/g的LiV3O8。但是該材料的容量衰減較大，30次循環(huán)后低于250mAh/g。Siou等 [Solid State Ionics, 179 (2008) 1763]以EDTA輔助的溶膠凝膠法結(jié)合固相燒結(jié)工藝制備了 1^%08。研究發(fā)現(xiàn)，5501 1 燒結(jié)后的材料在0. ImA/g的首次放電容量為251. 7mAh/g，平均每次循環(huán)的容量衰減率為0. 43%。相關(guān)研究表明，相比于其它體系的釩酸鹽材料，LiV3O8 雖然具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但其性能離實際應(yīng)用還有很長的路。NaV3O8與LiV3O8 —樣，都具有單斜結(jié)構(gòu)，P21/m點群。目前，國內(nèi)外雖然已經(jīng)發(fā)表了幾篇關(guān)于NaV3O8或者Na2V6O16 ·χΗ20材料合成方面的論文，但是只有少數(shù)幾篇涉及了材料的電化學(xué)性能研究。^iou等[Crystal Growth&Design, 5 (2005) 969]將V2O5分別在水熱環(huán)境下與 NaHSO4 和 Na2SO4 反應(yīng)，得到了 NaV6O15 和 Na2V6O16 · 3H20 納米線。Jr 等[Materials Chemistryand Physics, 127 (2011) 56]以 V2O5, H2R 和 NaOH 為原料，采用一步低溫水熱法合成了 Na2V6O16 ·χΗ20 納米線。Yu 等[J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 3422]將 V2O5 和 NaF 混合液在 180反應(yīng)Mh，得到了分散較好的Na2V6O16 ·3Η20納米帶。上述三篇文獻都未提及材料脫嵌鋰性能。Pasquali 等[Electrochimica Acta，36 (1991) 1549]研究了 Na1+xV308 材料的鋰離子嵌入行為。Kawakita 等[Solid State Ionics, 124 (1999) 29]采用固相法制備了 Na1+xV308， 重點研究了材料的結(jié)晶性對鋰離子脫嵌行為的影響。他們課題組同時對比研究了 Na1+xV308 和 Li1+xV308 作為嵌鋰材料的區(qū)別。Spahr 等[J. Electrochem. Soc. 145(1998)421]采用溶液沉淀與化學(xué)嵌鋰結(jié)合的方法合成了 Li3NaV3O8材料，該材料在1. 5 4. OV首次的放電比容量為 215mAh g4，并顯示了優(yōu)秀的循環(huán)性能。Yuan 等[Materials Science, 17 (2011) 1392] 在350°C下合成了 NaV3O8多孔材料，首次放電容量約^OmAh/g，10次循環(huán)后容量保持約 260mAh/go MV3O8 (Μ = Li或Na)晶體中鋰離子的遷移受擴散步驟控制，鋰離子的擴散路經(jīng)越短，擴散通道越大，越有利于其脫嵌，而Na+的離子半徑要大于Li+，也就是說，理論上NaV3O8 可能也具有更好的鋰離子脫嵌能力。從文獻結(jié)果可知，NaV3O8材料的電化學(xué)性能也受材料的合成方法影響較大。本發(fā)明設(shè)計了一種全新的制備工藝，先采取簡易的水熱法合成形貌可控的釩氧化合物納米薄片， 然后與鈉鹽均勻混合一定溫度下燒結(jié)即得目標(biāo)材料NaV3O8納米薄片。該薄片厚度僅僅8 20nm。材料具有優(yōu)秀的循環(huán)性能和超高的倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過設(shè)計一種簡易，易于擴大化生產(chǎn)的兩步合成工藝，旨在提供一種新型的具有超高倍率性能的NaV3O8納米薄片正極材料。發(fā)明的詳細內(nèi)容(技術(shù)方案)本發(fā)明采用簡易的兩步合成工藝制備高性能的NaV3O8納米薄片，具體步驟如下取一定摩爾比的釩氧酸鹽與酸加入蒸餾水中，加熱攪拌溶解；將混合溶液移入水熱反應(yīng)釜，于100 250°C反應(yīng)5 50h，快速冷卻至室溫。取出離心分離，沉淀物60 120°C過夜干燥得中間產(chǎn)物。按一定摩爾比，將中間產(chǎn)物與鈉鹽加入溶劑中，攪拌充分，50 120°C加熱完全蒸發(fā)溶劑得前驅(qū)體。將前驅(qū)體于如下工藝進行熱處理先以1 20°C /min 升溫至250 650°C，一定氣氛下燒結(jié)3 12h，再以5 20°C /min降溫至室溫。所述的釩氧酸鹽為V205、NH4VO3的一種。所述的酸為草酸、碳酸、鹽酸、硝酸、硫酸、乙酸、丙酸的一種。所述的釩酸鹽與酸的摩爾比為0. 5 1. 3。所述的鈉鹽為氫氧化鈉、乙酸鈉、草酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉的一種。所述的中間產(chǎn)物中釩元素與鈉鹽中鈉元素的摩爾比為3 (0. 9 1. 3)。所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇的一種。所述的燒結(jié)氣氛為空氣、氬氣、氮氣中的一種。本發(fā)明的原理NaV3O8與LiV3O8 —樣，都具有單斜結(jié)構(gòu)，Ρ2/Π1點群，材料中的Na+在充放電過程中并不會脫出，實際起到了支撐晶體結(jié)構(gòu)的作用。晶體中鋰離子的遷移受擴散步驟控制，鋰離子的擴散路經(jīng)越短，擴散通道越大，越有利于其脫嵌。而Na+的離子半徑(95pm)要大于 Li+(68pm)，意味著前者可能能提供空間更大的鋰離子擴散通道。研究證實，MV3O8(M = Li 或Na)材料的電化學(xué)性能與合成方法密切相關(guān)。由于具有更大的比表面積和更短的鋰離子擴散路經(jīng)，納米化技術(shù)被認為是實現(xiàn)嵌鋰電極材料高能高功率需求的重要途徑。本發(fā)明從合成方法著手，設(shè)計了一種簡易的易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的兩步工藝法制備了 NaV3O8納米薄片，該材料具有優(yōu)秀的循環(huán)性能和超高的倍率性能。發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明具有如下顯著特點1)本發(fā)明設(shè)計了一種簡易，易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的兩步制備工藝，合成了高性能的鋰離子電池NaV3O8正極材料。2)本發(fā)明采用簡單的水熱工藝制備了形貌可控的中間體，經(jīng)過煅燒環(huán)節(jié)后，目標(biāo)材料的形貌保持良好。制備的材料為納米薄片，厚度約8-20納米，寬度尺寸約幾百納米。3)本發(fā)明制備的NaV3O8納米薄片具有優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能和超高的倍率性能。積極效果本發(fā)明合成的NaV3O8納米薄片，具有優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能和超高的倍率性能，電化學(xué)結(jié)果遠遠超過了該材料已有的文獻報道。本發(fā)明將為NaV3O8材料的深入研究及今后的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供方法支持。同時，本發(fā)明提出的兩步合成工藝制備高性能目標(biāo)材料的思路將為今后鋰離子電池其它正極材料的研究提供參考。


圖1為本發(fā)明中間產(chǎn)物的FE-SEM圖；圖2為不同熱處理溫度下制備的NaV3O8材料的XRD曲線；圖3為450°C熱處理后制備的NaV3O8的FE-SEM圖像；圖4為450°C熱處理后制備的NaV3O8的AFM圖像；圖5為以450°C下制備的NaV3O8為正極組成的半電池在SOmAg—1下前30次的循環(huán)容量圖；圖6為以不同熱處理溫度下制備的NaV3O8為正極組成的半電池分別在300mA g"1 下前100次的循環(huán)容量圖；圖7為以450°C空氣氣氛下熱處理后制備的NaV3O8為正極組成的半電池在不同倍率下的容量循環(huán)圖；圖8為450°C Ar氣氛下熱處理后制備的NaV3O8的XRD圖；圖9為以450°C Ar氣氛下熱處理后制備的NaV3O8為正極組成的半電池在不同倍率下的容量循環(huán)圖。圖10分別為實施例5、實施例6和實施例7制備的NaV3O8在5C倍率下的循環(huán)性能。
具體實施例方式以下通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，而非限制本發(fā)明。實施例1 準(zhǔn)確稱取0. 85g NH4VO3和0. 76g草酸溶解于20ml蒸餾水，加熱至80°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中 180°C反應(yīng)44h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物，F(xiàn)E-SEM圖像(圖1)顯示合成的中間產(chǎn)物為分散均勻的納米薄片。按Na V摩爾比1.05 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氫氧化鈉加入乙醇溶液中，攪拌充分，然后70°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以3°C /min的升溫速率升溫至450°C焙燒8h，然后以20°C/min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV3O815其晶體結(jié)構(gòu)見圖2。由XRD 曲線可知，制備的NaV3O8為純相材料，屬于單斜晶系，PV^m點群。FE-SEM(圖3)和AFM(圖 4)結(jié)果顯示，制備的NaV3O8為分散均勻的超薄納米片，片子的厚度約8-20nm。將制備得的目標(biāo)材料、導(dǎo)電碳Super S和粘結(jié)劑Kynar Flex2801 (PVDF)按一定質(zhì)量的比例(80 10 10)充分混合均勻，以四氫呋喃為溶劑，攪拌他制作成漿料，采用刮刀均勻涂布于鋁箔上。將涂布后的鋁箔切成面積為Icm2的電極片，置于真空干燥箱內(nèi)110°C 干燥IOh除去極片內(nèi)的水分。以金屬鋰片為負極，電解液為Merck公司產(chǎn)的lmol/L LiPF6 的EC DMC(1 1，ν/ν)混合溶液。在惰性氣體手套箱(UNILAB MBRAUN德國產(chǎn))內(nèi)組裝扣式半電池(CR2016)，手套箱操作系統(tǒng)為高純Ar氣氛，水與氧的含量均小于IX 10_6g/L，半電池組裝好后靜置5 10h，然后在室溫下進行測試。用藍電測試儀測試電化學(xué)性能。采用恒流充放的模式，電壓范圍為1. 5 4. 0V。圖5記錄了以制備的NaV3O8納米薄片為正極的半電池在30mA/g前30次循環(huán)的容量保持圖。圖6記錄了該電池在300mA/g前100次循環(huán)的容量保持圖。圖7記錄了電池在不同倍率下(0.4-30C)的循環(huán)性能。從圖5可知， NaV3O8納米薄片在30mA/g下首次的放電比容量為201. ImAh/g, 30次循環(huán)后容量逐步增加至217. ImAh/g。從圖6可以看出，該半電池300mA/g下的放電容量慢慢增加至206.8mAh/ g，100次循環(huán)后基本沒有容量衰減。圖7顯示了制備的NaV3O8納米薄片具有超高的倍率性能。在2C下放電容量185. 4mAh/g，10C，20C，30C下容量分別保持在141. 9，120，94mAh/g。 在不同倍率下循環(huán)130個循環(huán)后返回2C，放電容量仍能保持在181. 8mAh/g。實施例2準(zhǔn)確稱取0. 85g NH4VO3和0. 76g草酸溶解于20ml蒸餾水，加熱至80°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中 180°C反應(yīng)44h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物，F(xiàn)E-SEM圖像(圖1) 顯示合成的中間產(chǎn)物為分散均勻的納米薄片。按Na V摩爾比1.05 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氫氧化鈉加入乙醇溶液中，攪拌充分，然后70°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以;TC /min的升溫速率升溫至400°C 焙燒他，然后以20°C/min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV308。其晶體結(jié)構(gòu)見圖2。由 XRD曲線可知，制備的NaV3O8為純相材料，屬于單斜晶系，Ρ2/Π1點群。不過XRD衍射峰要明顯小于450°C焙燒的材料。電池制作工藝同實施例1。400°C下燒結(jié)后的材料的電化學(xué)性能見圖6。從圖可知， 該半電池300mA/g下的首次放電容量164. 2mAh/g,同實施例1的材料類似，放電容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加增大明顯，最高容量為191. 4mAh/g, 100次循環(huán)后同樣基本沒有容量衰減。體現(xiàn)了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。實施例3準(zhǔn)確稱取0. 85g NH4VO3和0. 76g草酸溶解于20ml蒸餾水，加熱至80°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中 180°C反應(yīng)44h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物，F(xiàn)E-SEM圖像(圖1)顯示合成的中間產(chǎn)物為分散均勻的納米薄片。按Na V摩爾比1.05 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氫氧化鈉加入乙醇溶液中，攪拌充分，然后70°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以;TC /min的升溫速率升溫至350°C焙燒8h，然后以20°C/min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV3O815其晶體結(jié)構(gòu)見圖2。由XRD 曲線可知，制備的NaV3O8為純相材料，屬于單斜晶系，Ρ2/Π1點群。不過XRD衍射峰的(101) 峰強度進一步減弱，整體的衍射峰強度下降，說明350°C下燒結(jié)的材料結(jié)晶性能較差。電池制作工藝同實施例1。350°C下燒結(jié)后材料的電化學(xué)性能見圖6。從圖可知， 該半電池300mA/g下的首次放電容量181. 9mAh/g,明顯大于400°C和450°C下燒結(jié)后的材料，與實施例1、2的材料不同，放電容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而減少，容量的衰減應(yīng)歸咎于材料較差的結(jié)晶性能。實施例4準(zhǔn)確稱取0. 85g NH4VO3和0. 90g草酸溶解于20ml蒸餾水，加熱至80°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中 180°C反應(yīng)44h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物，F(xiàn)E-SEM圖像(圖1) 顯示合成的中間產(chǎn)物為分散均勻的納米薄片。按Na V摩爾比1.05 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氫氧化鈉加入乙醇溶液中，攪拌充分，然后80°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在管式爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以；TC /min的升溫速率升溫至450°C 焙燒他，然后以20°C /min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV3O8，Ar氣作為保護氣氛。其晶體結(jié)構(gòu)見圖8。由XRD曲線可知，制備的NaV3O8為純相材料，屬于單斜晶系，Ρ2/Π1點群。不過其(101)特征衍射峰要明顯小于(-211)。電池制作工藝同實施例1，Ar保護氣氛下燒結(jié)后的材料電化學(xué)性能見圖9。從圖可知，該半電池同樣體現(xiàn)了優(yōu)秀的倍率性能，IOC下的放電容量保持在132. 8mAh/g。實施例5準(zhǔn)確稱取0. 66g V2O5和0. 76g草酸溶解于20ml蒸餾水，加熱至100°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中 150°C反應(yīng)20h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物。按Na V摩爾比 1.05 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氫氧化鈉加入乙醇溶液中，攪拌充分，然后80°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以5°C /min 的升溫速率升溫至450°C焙燒10h，然后以20°C /min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV308。電池制作工藝同實施例1，材料電化學(xué)性能見圖10-實施例5數(shù)據(jù)。從圖可知，該半電池體現(xiàn)了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能，5C下放電容量為150.8mAh/g。前60次循環(huán)的容量保持率約100% .實施例6準(zhǔn)確稱取0. 66g V2O5溶解于20ml蒸餾水，加入Iml 12mol/L的濃鹽酸，攪拌稀釋后加熱至80°C，至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。 密封后在干燥箱中200°C反應(yīng)20h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物。 按Na V摩爾比1.0 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和硝酸鈉加入蒸餾水溶液中，攪拌充分， 然后70°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以3°C /min的升溫速率升溫至450°C焙燒12h，然后以15°C /min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV3O8。電池制作工藝同實施例1，材料電化學(xué)性能見圖10-實施例6數(shù)據(jù)。從圖可知，該半電池也體現(xiàn)了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能，5C下放電容量為156.8mAh/g。前60次循環(huán)的容量保持率約100%。實施例7準(zhǔn)確稱取0. 85g NH4VO3溶解于20ml蒸餾水，加入0.8ml 18mol/L的濃硫酸，攪拌稀釋后加熱至80°C，攪拌至固體溶解完全。將溶液移入至50ml的水熱反應(yīng)釜中，控制溶液體積40ml。密封后在干燥箱中180°C反應(yīng)20h。關(guān)掉干燥箱，采用水淋的方式快速冷卻反應(yīng)釜至室溫。經(jīng)離心-水洗-離心多次循環(huán)操作得到沉淀，將沉淀物于80°C過夜干燥即得到中間產(chǎn)物，F(xiàn)E-SEM圖像(圖1)顯示合成的中間產(chǎn)物為分散均勻的納米薄片。按Na V摩爾比0.95 3分別稱取適量的中間產(chǎn)物和氯化鈉加入丙醇溶液中，攪拌充分，然后90°C干燥蒸發(fā)溶劑，得到前驅(qū)體。然后將得到的粉末在馬弗爐內(nèi)進行如下的熱處理工藝以2°C /min 的升溫速率升溫至550°C焙燒15h，然后以10°C /min的速率降至室溫即得目標(biāo)材料NaV308。電池制作工藝同實施例1，材料電化學(xué)性能見圖10-實施例7數(shù)據(jù)。從圖可知，該半電池體現(xiàn)了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能，5C下放電容量為142. 5mAh/g。前60次循環(huán)的容量保持率約100%。
權(quán)利要求
1.一種超高倍率鋰離子電池納米正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按摩爾比取釩氧酸鹽與酸加入蒸餾水中，加熱攪拌溶解；將混合溶液移入水熱反應(yīng)釜，于100 250°C反應(yīng)5 50h，快速冷卻至室溫；離心分離，沉淀物60 120°C過夜干燥得中間產(chǎn)物；(2)按摩爾比將中間產(chǎn)物與鈉鹽加入溶劑中，攪拌充分，50 120°C加熱完全蒸發(fā)溶劑，得前驅(qū)體；(3)將前驅(qū)體進行如下熱處理先以1 20°C/min升溫至250 650°C，一定氣氛下燒結(jié)3 12h，再以5 20°C /min降溫至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的釩氧酸鹽為V205、NH4VO3的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的酸為草酸、碳酸、鹽酸、硝酸、 硫酸、乙酸、丙酸的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的釩氧酸鹽與酸的摩爾比為0. 5 1. 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的鈉鹽為氫氧化鈉、乙酸鈉、草酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟( 所述的中間產(chǎn)物中釩元素與鈉鹽中鈉元素的摩爾比為3 (0.9 1.3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙醇、 乙二醇的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的燒結(jié)氣氛為空氣、氬氣、氮氣中的一種。
9.一種超高倍率鋰離子電池納米正極材料，其特征在于，它是由權(quán)利要求1-8任意一項所述的方法制備而成的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有超高倍率性能的鋰離子電池NaV3O8納米薄片正極材料及其制備方法。所述制備方法為水熱-固相燒結(jié)兩步法。首先采用簡單的水熱工藝制備形貌可控的釩氧中間產(chǎn)物，然后與鈉鹽均勻混合，燒結(jié)即得目標(biāo)材料。所述NaV3O8為分散均勻，厚度8-20nm的納米薄片。制備的NaV3O8納米薄片具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能和超高倍率性能。0.1C下材料放電容量約220mAh·g-1。1C倍率下保持在206mAh· g-1，100次循環(huán)后無明顯容量衰減。10C，30C倍率下放電容量分別穩(wěn)定在131.2mAh g-1和94.3mAh·g-1。
文檔編號B82Y30/00GK102361074SQ20111032743
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者王海燕 申請人:王海燕