CN109775759B - 一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法。本发明提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料，由纳米棒组装而成，其形状为纺锤体。上述电池负极材料的制备方法为将钒源与酸加入到去离子水中反应，得到二氧化钒钠离子电池负极材料。本发明提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法，用于解决现有技术中现有钠离子电池中存在的自聚集的缺陷，导致材料循环稳定性下降的技术问题。

Description

一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

作为一种重要的储能器件，锂离子电池由于其工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、环保等优点备受关注。目前，随着新能源汽车行业的飞速发展，对于锂离子电池的需求量愈来愈大。然而，全球的锂资源比较匮乏，难以实现大规模应用。

与锂离子电池相比，钠离子电池中钠资源更加丰富,价格也更为便宜，并且钠离子与锂离子有相似的化学性质，因此，钠离子电池将可以取代锂离子电池成为下一代主要的储能器件。然而，钠离子电池在工作过程中由于离子半径较大，钠离子迁移较缓慢，影响着钠离子电池的电化学性能。电极材料是钠离子电池的关键组成部分，电极材料性能的优劣将直接影响着钠离子电池的性能，因此，开发具有优异的电化学性能的电极材料显得尤为重要。目前，过渡金属氧化物，特别是钒氧化物，由于其高的理论容量受到研究工作者的关注。其中，VO₂是钒氧化物中的重要成员。例如：Wang(RSC Adv.,2016,6,14314–14320)等使用水热法制备出纳米线、纳米棒、纳米片等形貌，其中纳米线在300mA g^-1的电流密度下，可逆容量为160mA h g^-1；纳米棒在300mA g^-1的电流密度下，可逆容量为89mA h g^-1；纳米片在300mA g^-1的电流密度下，可逆容量为76mA h g^-1。可见，电池的容量比较低且循环稳定性也不够理想。因此，现有钠离子电池中存在的自聚集的缺陷，导致材料循环稳定性下降成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法，用于解决现有技术中现有钠离子电池中存在的自聚集的缺陷，导致材料循环稳定性下降的技术问题。

本发明提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料，由纳米棒组装而成，其形状为纺锤体。

优选的，所述纺锤体长度为1-10μm，直径为0.5-3μm。

优选的，所述纳米棒的长度为0.5-2μm

本发明还提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料的制备方法，将钒源与酸加入到去离子水中进行溶剂热反应，得到二氧化钒钠离子电池负极材料。

优选的，所述钒源包括五氧化二钒、二钒酸钠、钒过氧酸、硫酸氧钒、正钒酸、偏钒酸铵、二氧化钒、二溴化钒、二氧氯钒、偏钒酸钠、氢氧化钒、三碘化钒、三氟化钒、三氟氧钒、三硫化三钒、三氯化钒、三氯氧钒、三溴化钒、三氧化二钒、四氟化钒、四氯化钒、五氟化钒、五硫化二钒中的一种或多种。

优选的，所述酸包括羧酸、磺酸、亚磺酸和硫羧酸中的一种或多种。

优选的，所述反应温度为120-200℃。

优选的，所述反应时间为1-6小时。

优选的，所述钒源溶于所述去离子水后得到钒源溶液，所述钒源溶液中钒离子的浓度为0.1-2mol/L。

优选的，所述酸溶于水后得到酸溶液，所述酸溶液的浓度为0.1-2mol/L。

本发明提供的一种二氧化钒(VO₂)钠离子电池负极材料，该纺锤体二氧化钒(VO₂)负极材料显著提高了VO₂负极材料的比表面积，并且有利于电解液的浸润，极大增加了电解液与电极表面的接触面积，提供了更多的反应活性位点，可以缓冲电极材料充放电过程中的体积变化，防止了VO₂的团聚，有利于保证纺锤体的结构完整性，从而提高纺锤体VO₂的循环性能稳定性。

本发明提供的的一种纺锤体VO₂负极材料的简单制备方法及性能，操作简单，步骤简易，原料便宜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1的X-射线衍射图；

图2为本发明实施例1的扫描电镜图(低倍数)；

图3为本发明实施例1的扫描电镜图(高倍数)；

图4为本发明实施例1的半电池的循环性能图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种二氧化钒钠离子电池负极材料及其制备方法，用于解决现有技术中现有钠离子电池中存在的自聚集的缺陷，导致材料循环稳定性下降的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

准确称量300mg五氧化二钒和830mg二水草酸，加入到40mL去离子水中，在80℃下磁力搅拌5min，(转速为500r/min)，然后转入到50mL反应釜中，在200℃下反应3h，洗涤、干燥，即得到纺锤体状VO₂负极材料。

图1为本实施例所得产物的X-射线衍射图，所有的X射线粉末衍射峰均可指标为D型二氧化钒。图2为本实施例所得产物的低倍扫描电镜照片，从中可以看出本实施例所得样品为纺锤体形貌的纳微复合结构(1-10μm)。图3为本实施例所得产物的高倍扫描电镜照片，从中可以看出本实施例所得样品的纳微复合结构是由纳米棒组装而成，纳米棒长度为0.5-2μm。图4实施例所得产物对钠片做半电池的循环曲线图，在50mA g^-1的电流密度下第三次放电容量为484mAh g^-1，经过50次循环依然有455mAh g^-1的容量，容量保持率为94％，表现出了优异的循环性能。

实施例2

准确称量75mg五氧化二钒和500mg二水草酸，加入到40mL去离子水中，在90℃下磁力搅拌1min,，转速为600r/min，然后转入到50ml反应釜中，在180℃环境中反应5h。将收集样品静置洗涤三次，即得到纺锤体状VO₂负极材料。

实施例3

准确称量1000mg五氧化二钒和500mg二水草酸，加入到40mL去离子水中，在40℃下磁力搅拌30min,，转速为100r/min，然后转入到50ml反应釜中，在200℃环境中反应2h。将收集样品静置洗涤三次，即得到纺锤体状VO₂负极材料。

实施例4

准确称量170mg二氧化钒、90mg五氧化二钒和10g二水草酸，加入到40mL去离子水中，在50℃下磁力搅拌20min，转速为80r/min，然后转入到50ml反应釜中，在190℃环境中反应5h。将收集样品静置洗涤三次，即得到纺锤体状VO₂负极材料。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种二氧化钒钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，将五氧化二钒与二水草酸加入到去离子水中进行溶剂热反应，得到二氧化钒钠离子电池负极材料；

所述反应温度为200℃；

所述反应时间为3小时；

所述五氧化二钒溶于所述去离子水后得到五氧化二钒溶液，所述五氧化二钒溶液中钒离子的浓度为0.1-2mol/L；

所述溶于所述去离子水后得到二水草酸溶液，所述二水草酸溶液的浓度为0.1-2mol/L。

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