CN105152212A - 一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法及应用。将分析纯0.2-0.6克钼酸铵加入到15-30毫升去离子中，搅拌10-30分钟使其溶解；在所获得溶液中，加入10-30毫升分析纯甲酸，在80-90℃水浴条件下搅拌10-30分钟；继续加入0.1-0.5克分析纯聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌10-30分钟；将所得溶液放入100毫升反应釜中，在160-180℃下水热反应14-24小时后，自然冷却至室温后取出反应釜；所得产物通过离心过滤，用无水乙醇洗涤3-6次，在70℃烘箱中烘干24小时，即得到H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.3六方柱状微米棒。本发明操作简便、成本低、耗能低，得到的产品结晶度高，能大规模合成，能作为高倍率锂离子电池负极材料应用。

Description

一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法及应用
技术领域
本发明属于材料化学领域，具体涉及一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法，该材料能作为锂离子电池电极负极材料。
背景技术
从混合电动汽车，纯电动汽车，智能电网到可携带电子产品，锂离子电池已经广泛应用在各种领域。随着各种新的应用领域的不断涌现，对锂离子电池的技术和性能指标也提出了更高的要求。开发高比容量，高倍率性能和优异的循环稳定性显得尤为迫切。其中，设计高效的锂离子电池负极材料是关键因素之一。
尽管三氧化钼以其高理论容量被视为下一代高性能锂离子电池候选的负极材料之一。然而，这种材料的电化学性能往往受限于其差的导电性以及低的锂离子扩散系数等因素，从而最终影响了三氧化钼负极材料循环稳定性。为了解决这一难题，对电极材料表面涂导电物质是目前广泛应用于负极材料的表面改性技术；然而涂碳等工艺在均匀性和可控性上所存在的缺陷无法完全隔离电极材料表面和电解液的接触。从锂离子电池性能与负极材料晶体结构之间的关系考虑，如果能设计一种即有利于锂离子扩散同时又兼具良好导电性的材料，将有利于提升三氧化钼本身晶体结构不利于高性能锂离子电池的问题。
本发明针对MoO3层状晶体结构在锂离子电池中有利于锂离子扩散的优点；本发明采用水热法，首次成功合成出大面积，单分散且具有六方柱状微米棒外形的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36晶体。通过X射线衍射分析表明，该晶体的层间距相比MoO3具有更宽的层间距；而且由于H插层进入H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36晶体Mo-O6八面体层，有利于提高材料本征导电率。通过大量文献和专利调研分析表明，该晶体结构的合成及其在锂离子电池负极材料中的应用还未见报道，本发明对Mo基锂离子电池负极材料提供了新的合成路径及新的电极设计思路。
发明内容
本发明的目的在于针对MoO3本征差的导电性及低的锂离子扩散能力的问题，提供一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法及应用。H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒制备方法具体步骤为：
（1）将0.2-0.6克分析纯钼酸铵加入到15-30毫升去离子中，搅拌10-30分钟使其溶解。
（2）在步骤（1）所得溶液中，加入10-30毫升分析纯甲酸，在水浴条件下搅拌10-30分钟。
（3）在步骤（2）所得溶液中，加入0.1-0.5克分析纯聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌10-30分钟。
（4）将步骤（3）所得溶液放入100毫升反应釜中水热反应，水热反应温度为160-180℃；反应时间为14-24小时，自然冷却至室温后取出反应釜。
（5）将步骤（4）所得产物离心过滤，用无水乙醇洗涤3-6次，在70℃烘箱中10-24小时烘干，得到蓝色粉末，即为直径1-3微米、长度5-20微米的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒。
所制得的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒作为锂离子电池负极材料应用。
本发明合成工艺简单，成本低，制得的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒具有优良的电化学性能，H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒作为锂离子电池负极材料时，在2000毫安/克电流密度下，其首次放电比容量能达到1292毫安时/克，100次循环后为182毫安时/克。该结果表明该H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒具有优异的循环稳定性，是有希望的高性能锂离子电池的潜在应用材料。
附图说明
图1是本发明实施例1的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的X-射线衍射图。
图2是本发明实施例1的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的的场发射扫描电镜图。
图3是本发明实施例1的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒在2000毫安/克的电流密度下的循环图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本
发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
具有H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法，它包括如下步骤：
（1）将0.2克分析纯钼酸铵加入到15毫升去离子中，搅拌20分钟使其溶解。
（2）在步骤（1）所得溶液中，加入10毫升分析纯甲酸，在80℃水浴条件下搅拌20分钟。
（3）在步骤（2）所得溶液中，加入0.1克分析纯聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌20分钟。
（4）将步骤（3）所得溶液放入100毫升反应釜中水热反应，在160℃下，水热反应14小时，自然冷却至室温后取出反应釜。
（5）将步骤（4）所得产物离心过滤，用无水乙醇洗涤4次，在70℃烘箱中24小时烘干，得到蓝色粉末，即为H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒。
所得产物H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的晶体结构由X-射线衍射仪确定。如图1所示，X-射线衍射图谱表面，所获得H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒具有高的结晶性。如图2所示，场发射扫描电镜观察结果表明，该H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒直径为1-3微米，长度为5-20微米。
所制备的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒作为锂离子电池负极材料，其锂离子电池的装配方法和传统装配方法一致。负极片的制备方法如下：采用H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒为负极材料，聚四氟乙烯为粘结剂，乙炔黑为导电剂。上述三种原料的质量比为70:20:10。将它们按比例充分搅拌均匀，然后用手术刀法涂覆在铜片上，在压片机上压约0.15毫米厚的电极片；压好的负极片置于80℃的烘箱干燥24小时后备用。将1摩尔/升的LiPF6溶解于乙烯碳酸脂和碳酸二甲脂中作为电解液，锂片作为正极，CR2025型不锈钢为电池外壳，Celgard2325为隔膜组装成扣式锂离子电池。
所获得的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒为锂离子电池负极材料，如图3所示，该负极材料在2000毫安/克的电流密度下进行的充放电测试结果表明，其首次放电比容量为1292毫安时/克，100次循环后为182毫安时/克。该结果表明H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒具有优良的循环稳定性，是今后锂离子电池负极材料的潜在应用材料。
实施例2：
具有H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法，它包括如下步骤：
（1）将0.6克分析纯钼酸铵加入到30毫升去离子中，搅拌30分钟使其溶解。
（2）在步骤（1）所得溶液中，加入30毫升分析纯甲酸，在90℃水浴条件下搅拌30分钟。
（3）在步骤（2）所得溶液中，加入0.5克分析纯聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌30分钟。
（4）将步骤（3）所得溶液放入100毫升反应釜中水热反应，在180℃下，水热反应24小时，自然冷却至室温后取出反应釜。
（5）将步骤（4）所得产物离心过滤，用无水乙醇洗涤6次，在70℃烘箱中20小时烘干，得到蓝色粉末，即为直径1-3微米、长度5-20微米的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒。
所获得的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒为锂离子电池负极材料，该负极材料在2000毫安/克的电流密度下进行的充放电测试结果表明，其首次放电比容量为1293毫安时/克，100次循环后为180毫安时/克。

Claims (2)

1.一种H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将0.2-0.6克分析纯钼酸铵加入到15-30毫升去离子中，搅拌10-30分钟使其溶解；
（2）在步骤（1）所得溶液中，加入10-30毫升分析纯甲酸，在水浴条件下搅拌10-30分钟；
（3）在步骤（2）所得溶液中，加入0.1-0.5克分析纯聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌10-30分钟；
（4）将步骤（3）所得溶液放入100毫升反应釜中水热反应，水热反应温度为160-180℃；反应时间为14-24小时，自然冷却至室温后取出反应釜；
（5）将步骤（4）所得产物离心过滤，用无水乙醇洗涤3-6次，在70℃烘箱中10-24小时烘干，得到蓝色粉末，即为直径1-3微米、长度5-20微米的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒。
2.根据权利要求1所述的H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒的应用，其特征在于H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36六方柱状微米棒能作为高倍率锂离子电池负极材料应用。
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