CN110217820B - 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法 - Google Patents

一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110217820B
CN110217820B CN201910594568.3A CN201910594568A CN110217820B CN 110217820 B CN110217820 B CN 110217820B CN 201910594568 A CN201910594568 A CN 201910594568A CN 110217820 B CN110217820 B CN 110217820B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
square
crystal
shaped
nanotube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910594568.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110217820A (zh
Inventor
曹丽云
寇领江
黄剑锋
王勇
冯亮亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201910594568.3A priority Critical patent/CN110217820B/zh
Publication of CN110217820A publication Critical patent/CN110217820A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110217820B publication Critical patent/CN110217820B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G31/00—Compounds of vanadium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，步骤1：将NH4VO3加入到有机溶剂中并溶解得NH4VO3溶液；步骤2：向NH4VO3溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值，得酸化NH4VO3溶液；步骤3：取2‑甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并超声处理；步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至反应釜中进行水热反应，得悬浮液；步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH4V3O8晶体。制备出的四方形纳米管状NH4V3O8晶体电导率高，其作为锂离子电池正极材料时，其倍率性能好。

Description

一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种四方形纳米管状 NH4V3O8晶体的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，能源问题成为制约社会发展的主要问题，化石燃料的燃烧导致全球气候变暖。为了社会更好的发展，人类对于清洁能源的需求提出了更高的要求，同时也对新能源的发展提供了更好的契机。而锂离子电池具有比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性能价格比高等优点，已经广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源等领域。正极材料约占整个锂离子电池成本的35～40％，是发展的关键。同时，如果将电池中的正极材料活性物质的比容量提高50％，那么整个电池的比容量将提高28％左右，同等条件下换作负极材料的活性物质，整个电池比容量提高 13％，因此对锂离子电池正极材料的研究与开发就显得尤为重要。
NH4V3O8是在LiV3O8的基础上提出来的，它与LiV3O8一样都是层状结构，属于单斜晶系的P21/m点群，在NH4V3O8的结构中，V3O8层沿着c轴紧密连接起来，具有较大半径的NH4 +有效增大[V＝O8]-层之间的层间距，促进Li+的快速传输，还可以在层间形成分子内氢键，稳定其晶体结构，因而 NH4V3O8具有比LiV3O8的更优异的结构稳定性，研究还发现其实际放电容量不低于LiV3O8，且成本更低，是一种更有发展前景的锂离子电池正极材料。
目前通过沉淀法、水热法所制备出的NH4V3O8具有纳米棒状、纳米带状、纳米线状以及花球状等形貌，这些纳米结构虽然明显提高了NH4V3O8的容量和循环性能。但是这种方法制备出的NH4V3O8电导率低，在作为电池正极材料时，其倍率性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，制备出的四方形纳米管状NH4V3O8晶体电导率高，其作为锂离子电池正极材料时，其倍率性能好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.2g～0.4g的NH4VO3加入到15～20mL有机溶剂中并溶解得 NH4VO3溶液；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值为2.0～4.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.05～0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至反应釜中在160～180℃下水热反应，得悬浮液；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH4V3O8晶体。
进一步的，步骤1中有机溶剂包括乙醇和乙二醇的一种或多种。
进一步的，步骤1中溶解的过程中加热有机溶剂至30℃～50℃。
进一步的，步骤2中酸液包括稀盐酸、草酸、磷酸和柠檬酸的一种或多种。
进一步的，步骤2中搅拌的时间为20～60min。
进一步的，步骤3中超声波发生器的功率为200～300W，超声处理时间为30～90min。
进一步的，步骤4中酸化NH4VO3溶液转至反应釜中并置于均相反应仪中水热反应8～16h。
进一步的，步骤4中反应釜的内衬为聚四氯乙烯，反应釜的填充比为 30～70％。
进一步的，步骤5中清洗为交替使用去离子水和丙酮进行清洗。
进一步的，步骤5中干燥为在真空环境中并在50～80℃下干燥5～10h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，四方形纳米管状NH4V3O8晶体相对于纳米棒状、纳米带状、纳米线状以及花球状等形貌，四方形纳米管状NH4V3O8晶体电导率高，其在应用为锂离子电池正极材料时，其不仅具有更大的比表面积、更短的锂离子扩散路径和较好的结构稳定性，增加了Li+脱嵌位点和扩散通道，同时还能缓冲锂离子在充放电过程中体积的变化，其作为锂离子电池正极材料时倍率性能好；同时，本发明中加入的氯化1-甲基-3-乙基咪唑和乙二胺四乙酸，在电化学反应时能够提高材料的电化学窗口。
附图说明
图1为实施例1所制备的四方形纳米管状NH4V3O8晶体的XRD图谱；
图2为实施例1所制备的四方形纳米管状NH4V3O8晶体的SEM照片。
具体实施方式
下面给出具体的实施例。
实施例1
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.2g的NH4VO3加入到20mL乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至50℃使NH4VO3充分溶解得NH4VO3溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为1:1；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入稀盐酸并搅拌30min调节其pH值为3.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.05g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理30min；其中，超声波发生器功率为300W；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在180℃下水热反应12h，得悬浮液；反应釜的填充比为30％；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在70℃下干燥7h，得四方形纳米管状 NH4V3O8晶体。
从图1所示，本发明制备的四方形纳米管状NH4V3O8晶体的结晶性好，纯度高；从图2所示，本发明制备的制备的四方形纳米管状NH4V3O8晶体具有四方纳米管状结构，且结构疏松，产物均一性较好。
实施例2
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.23g的NH4VO3加入到15mL乙醇中并加热至50℃使NH4VO3充分溶解得NH4VO3溶液；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入草酸并搅拌20min调节其pH值为2.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理40min；其中，超声波发生器功率为200W；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在160℃下水热反应8h，得悬浮液；反应釜的填充比为50％；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在60℃下干燥6h，得四方形纳米管状 NH4V3O8晶体。
实施例3
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.3g的NH4VO3加入到20mL乙二醇中并加热至40℃使 NH4VO3充分溶解得NH4VO3溶液；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入柠檬酸并搅拌40min调节其pH值为3.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.08g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理90min；其中，超声波发生器功率为200W；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在170℃下水热反应16h，得悬浮液；反应釜的填充比为70％；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在70℃下干燥6h，得四方形纳米管状 NH4V3O8晶体。
实施例4
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.4的NH4VO3加入到18mL乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至30℃使NH4VO3充分溶解得NH4VO3溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为1:2；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入柠檬酸并搅拌60min调节其pH值为4.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.06g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理60min；其中，超声波发生器功率为200W；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在160℃下水热反应14h，得悬浮液；反应釜的填充比为40％；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在80℃下干燥5h，得四方形纳米管状 NH4V3O8晶体。
实施例5
一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.3g的NH4VO3加入到20ml乙醇和乙二醇的混合溶剂中并加热至50℃使NH4VO3充分溶解得NH4VO3溶液；其中，乙醇与乙二醇体积比为2:1；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入磷酸并搅拌30min调节其pH值为3.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.05g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理90min；其中，超声波发生器功率为300W；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至内衬为聚四氯乙烯的反应釜中并置于均相反应仪中在180℃下水热反应12h，得悬浮液；反应釜的填充比为60％；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体交替使用去离子水和丙酮进行清洗，然后在真空环境中并在50℃下干燥10h，得四方形纳米管状 NH4V3O8晶体。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将0.2g～0.4g的NH4VO3加入到15～20mL有机溶剂中并溶解得NH4VO3溶液；
步骤2：向NH4VO3溶液中加入酸液并搅拌调节其pH值为2.0～4.0，得酸化NH4VO3溶液；
步骤3：取0.05～0.1g的2-甲基咪唑加入到酸化NH4VO3溶液中并置于超声波发生器超声处理；
步骤4：将超声处理后的酸化NH4VO3溶液转至反应釜中在160～180℃下水热反应，得悬浮液；
步骤5：对悬浮液离心分离得粉状体，将粉状体清洗后干燥，得四方形纳米管状NH4V3O8晶体。
2.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中有机溶剂包括乙醇和乙二醇的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中溶解的过程中加热有机溶剂至30℃～50℃。
4.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中酸液包括稀盐酸、草酸、磷酸和柠檬酸的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中搅拌的时间为20～60min。
6.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中超声波发生器的功率为200～300W，超声处理时间为30～90min。
7.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中酸化NH4VO3溶液转至反应釜中并置于均相反应仪中水热反应8～16h。
8.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中反应釜的内衬为聚四氯乙烯，反应釜的填充比为30～70％。
9.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤5中清洗为交替使用去离子水和丙酮进行清洗。
10.根据权利要求1所述的一种四方形纳米管状NH4V3O8晶体的制备方法，其特征在于，所述步骤5中干燥为在真空环境中并在50～80℃下干燥5～10h。
CN201910594568.3A 2019-07-03 2019-07-03 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法 Active CN110217820B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910594568.3A CN110217820B (zh) 2019-07-03 2019-07-03 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910594568.3A CN110217820B (zh) 2019-07-03 2019-07-03 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110217820A CN110217820A (zh) 2019-09-10
CN110217820B true CN110217820B (zh) 2021-07-06

Family

ID=67815836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910594568.3A Active CN110217820B (zh) 2019-07-03 2019-07-03 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110217820B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624206B (zh) * 2009-08-07 2010-12-08 南开大学 稀土金属氢氧化物或钒酸盐纳米材料的制备方法及应用
CN102509783A (zh) * 2011-11-23 2012-06-20 陕西科技大学 一种锂电池正极材料LiV3O8的超声水热制备方法
EP2629353A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-21 Belenos Clean Power Holding AG Non-aqueous secondary battery having a blended cathode active material
CN104701517B (zh) * 2015-03-27 2017-04-12 陕西科技大学 一种锂离子电池用nh4v3o8正极材料制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110217820A (zh) 2019-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016141706A1 (zh) 一种复合材料包覆的磷酸铁锂、其制备方法及锂离子电池
CN102324511B (zh) 一种锂离子电池复合负极材料的制备方法
CN107170968B (zh) 一种二次镁电池正极材料及其制备方法
CN109286009B (zh) 一种纳米片自组装三维纳米花硫化锡/石墨化氮化碳锂离子电池负极材料的制备方法
CN101609884B (zh) 一种锂离子电池负极材料SnS2的制备方法
CN107394180B (zh) 二维过渡族金属碳(氮)化物-纳米硅颗粒复合材料及制备和应用
CN104900861B (zh) 一种钛酸氢锂Li‑H‑Ti‑O材料及其制备方法
CN109301204B (zh) 一种空心球结构硫化锡/氧化锡锂离子电池负极材料的制备方法
CN112490438B (zh) 一种Mo-VS4/N-GNTs镁离子电池正极材料
CN107359328A (zh) 一种锂离子电池用葡萄状氧化铌/碳复合电极材料的制备方法
CN108126712B (zh) 一种vooh/vs4微米复合粉体及其制备方法与应用
CN108598444A (zh) 锂离子电池复合负极材料三氧化二钒/石墨烯及制备方法
CN106450305A (zh) 一种锂离子电池负极材料CoP/C的制备方法
CN106340624A (zh) 一种碳包覆磷酸铁锂纳米棒的制备方法
CN104292100B (zh) 对苯二甲酸钙作为锂离子电池负极材料的应用
CN103708552B (zh) 一种花球状锂离子电池正极材料的制备方法
CN104466110A (zh) 一种高性能锂离子电池负极材料的制备方法
CN105845920B (zh) 一种高循环稳定性纳米棒自组装三氧化钼材料及其制备方法
CN106920957B (zh) 一种用于锂离子电池负极材料的二氧化钼纳米颗粒及其制备方法
CN105845929B (zh) 一种氧化铅‑炭复合材料的制备方法
CN108281620A (zh) 一种钠离子电池负极材料二氧化钛的制备方法
CN110217820B (zh) 一种四方形纳米管状nh4v3o8晶体的制备方法
CN108155022B (zh) 使用微晶石墨材料的锂离子电容器的制备方法
CN108417824B (zh) 一种高性能锂电池负极材料碳包覆钛酸锂的制备方法
CN113816425B (zh) 一种MoS2/氮掺杂碳/改性活性炭钠离子电池负极材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant