CN110615477A - 利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 - Google Patents
利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110615477A CN110615477A CN201911018515.3A CN201911018515A CN110615477A CN 110615477 A CN110615477 A CN 110615477A CN 201911018515 A CN201911018515 A CN 201911018515A CN 110615477 A CN110615477 A CN 110615477A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vanadium
- electrolyte
- vanadium battery
- reaction
- positive electrolyte
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
- C01G31/02—Oxides
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,属于二氧化钒技术领域,包括以下步骤:(1)取失效钒电池正极电解液,加入还原剂进行还原反应,还原反应结束后向电解液中加入沉淀剂调节pH至3~6;(2)向步骤(1)所得电解液中加入表面活性剂反应,待反应结束后,冷却、洗涤、干燥,得到VO2粉体。本发明以失效的钒电池电解液为原料,实现了资源回收再利用,降低了VO2的制备成本;同时本发明的工艺简单,适合工业化应用;制备得到的VO2纯度高、附加值高、结晶度高,可以广泛的应用于智能窗、光电开关、热敏电阻等领域。
Description
技术领域
本发明属于二氧化钒制备技术领域,具体涉及一种利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法。
背景技术
二氧化钒具有A相、M相、B相、R相等多种晶相,其中,M相VO2在68℃左右具有相变特性,由单斜结构M相转变成四方金红石结构的R相,且随着温度的升高和降低这一过程可逆,同时,随着相变的发生,其透射率、反射率、电阻率、磁化率等均发生突变,因此,VO2被广泛的应用于智能窗、光电开关、热敏电阻等领域。
目前,VO2粉体制备方法主要有水热法、热分解法、溶胶凝胶法、气相沉积法、化学沉积法等。按照原料划分可以分为四类,第一类是以五价钒源加还原剂,还原剂多为醇类、有机酸等,通过水热法还原制备得到VO2;第二类是以四价钒源为原料,通过化学沉淀或者水热法得到水解产物,最后经过高温热处理得到VO2;第三类是以四价钒产品直接高温热分解,如硫酸氧钒,草酸氧钒等;第四类是含钒有机物为基体材料,通过高温热分解得到目标产物,如三异丙醇氧钒,乙酰丙酮氧钒,三乙酰丙酮钒等。
CN102910675A公开了一种VO2纳米片材料的制备及其应用,以乙二醇,丙三醇,赤藓醇,木糖醇,甘露醇,山梨醇,果糖,葡萄糖等中的一种或多种为还原试剂,以V2O5,NH4VO3,VOPO4,VOCl3,VO(C3H7O)3中的一种或者多种为钒源。还原温度为100-180℃,反应时间为10-40小时。通过水热反应制备得到晶相单一,形貌均一的高品质VO2纳米片材料。
CN105819508A公开了一种喷雾热解法制备VO2(M)纳米粉体及薄膜的方法,将偏钒酸铵加入到乙二醇溶剂中加热搅拌,最终形成浓度为0.02mol/L均匀透明的前驱物溶液,然后用雾化器将前驱体雾化成小液滴,由载气将小液滴喷到加热的基底,前驱体会在基底上发生分解,沉积一段时间后收集产物即得到VO2(M)粉体或薄膜。
CN104071843A公开了一种单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法,将五氧化二钒、二水合草酸和水按照摩尔比为1~2.5:1:500~800的比例相混合得到前驱体溶液,再将前驱体溶液置于密闭状态,于温度为200~260℃下反应至少1d,得到正交二氧化钒粉体,之后,将正交二氧化钒粉体置于氮气气氛中,于300~600℃下退火至少0.5h,制得粒径为60~80nm的单分散的M相二氧化钒纳米颗粒。
上述提及制备VO2的方法中,首先,对原料纯度的要求都比较高,因为二氧化钒中某些非特定杂质离子会使其相变功能变差,继而影响材料的使用功能。其次,如果采用五价钒源为原料,必须增加还原步骤,工艺复杂,流程长;若采用四价钒源,如硫酸氧钒和草酸氧钒等,这种原料本身制备较为困难,且对纯度要求高;若采用有机钒源则会造成VO2制备成本过高。
钒电池正极为(VO2)SO4 -/VOSO4电对,负极为V3+/V2+电对,电池充电后,正极物质为V5+离子溶液,负极为V2+离子溶液;放电后,正、负极分别为V4+和V3+离子溶液。钒电池电解液经过钒电池长期循环使用后,钒离子浓度和硫酸浓度严重超标,钒离子价态不匹配,能量衰减严重,进而失效无法使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,包括以下步骤:
(1)取失效钒电池正极电解液,加入还原剂进行还原反应,还原反应结束后向电解液中加入沉淀剂调节pH至3~6;
(2)向步骤(1)所得电解液中加入表面活性剂反应,待反应结束后,冷却、洗涤、干燥,得到VO2粉体。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(1)中,所述失效的钒电池正极电解液中全钒的含量为1.6~1.7mol/L,SO4 2-的含量为4.1~4.3mol/L,五价钒的含量为0.75~0.8mol/L,四价钒的含量为0.85~0.9mol/L。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(1)中,所述还原剂为硫酸钒、亚硫酸、草酸、硫化氢或二氧化硫中的一种或多种。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(1)中,所述还原剂与电解液中V5+的摩尔比为0.6~1.8:1。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(1)中,所述还原反应的温度为30~100℃,氧化反应的时间为3~12h。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(1)中,所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水或尿素中的一种或两种以上。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(2)中,所述表面活性剂的用量为电解液质量的0.1~5wt%。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(2)中,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂;优选的,所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠;所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵;所述非离子表面活性剂为聚乙二醇型非离子表面活性剂或多元醇型非离子表面活性剂。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(2)中,所述反应的温度为260~350℃,所述反应的时间为6~24h。
其中,上述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,步骤(2)中,所述洗涤是指分别用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两次;所述干燥是指在50~80℃温度下真空干燥8~12h。
本发明的有益效果是:
本发明以失效的钒电池电解液为原料,实现了实现了资源回收再利用;并且以失效的钒电池电解液为原料时制备VO2的过程中,工艺方法简单、成本低、易于推广应用;同时本发明制备得到的VO2具有高纯度、高附加值、结晶度高等优点,可以广泛的应用于智能窗、光电开关、热敏电阻等领域。
附图说明
图1为本发明所得M相VO2粉体的X射线衍射图谱;
图2为本发明所得M相VO2粉体的SEM图。
具体实施方式
失效的钒电池正极电解液,主要为充放电过程中四价钒和五价钒离子浓度不匹配,并伴有少量沉淀生成(主要为五氧化二钒水合物),容量效率低至40%。五价钒离子具有强氧化性,因此可以通过加入还原剂,为了不引进金属阳离子杂质,本发明采用SO2、H2SO3、H2S、固体硫酸钒、草酸作为还原剂,通过还原反应使电解液中析出的固体完全溶解还原转变为四价产物VO(OH)2,然后将VO(OH)2脱水后得到VO2粉体。
本发明方法中,由于使用的还原剂易挥发分解,如二氧化硫,草酸等,因此还原剂的用量设置为过量,如果还原剂的用量小于本发明所限定的范围,那么将不能将五价钒离子完全还原;如果还原剂的用量大于本发明所限定的范围,那么将造成额外的浪费。因此,本发明将还原剂与电解液中V5+的摩尔比为0.6~1.8:1。
本发明方法中,表面活性剂的用量为电解液质量的0.1~5wt%时,分散性最好,目标产物的均一性更好。
本发明方法的步骤(3)中,如果反应温度低于260℃,将会得到杂相的VO2;如果反应温度高于350℃,会增加能耗,无实际意义。因此,本发明将步骤(3)的反应温度设置为260~350℃,所述反应的时间为8~24h。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
取1.5L失效钒电池电解液备用(1#),经检测[TV]=1.65mol/L,[V5+]=0.76mol/L,[SO4 2-]=4.21mol/L。
实施例1
量取500ml 1#电解液于反应容器中加热至70℃,缓慢搅拌的过程中向电解液中持续通入高纯SO2气体6h,通气结束继续保温搅拌30min得到蓝黑色溶液,并向其中滴加NaOH溶液调节电解液pH为3,再加入十二烷基苯磺酸钠20g,将溶液转入高温高压水热反应釜中,在260℃的温度下保温24h(反应的过程无需加压,溶液达到沸点后自加压,压力为7~10MPa),反应结束后,用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两遍,离心转速为5000r/min,离心时间为10min,在50℃的温度下烘干12h,得到VO2粉体48.4g,全钒收率为70.7%。
实施例2
量取500ml 1#电解液于反应容器中加热至30℃,向电解液中加入260g十水硫酸钒V2(SO4)3·10H2O,持续搅拌3h得到蓝黑色溶液,并向其中滴加质量分数为25~28%的氨水调节电解液pH为4,再加入十六烷基三甲基溴化铵10g,将溶液转入高温高压水热反应釜中,在290℃的温度下保温18h(反应的过程无需加压,溶液达到沸点后自加压,压力为7~10MPa),反应结束后,用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两遍,离心转速为5000r/min,离心时间为10min,在60℃的温度下烘干9h,得到VO2粉体50.9g,全钒收率为74.3%。
实施例3
量取500ml 1#电解液于反应容器中加热至100℃,向电解液中加入87g二水草酸H2C2O4·2H2O,持续搅拌9h得到蓝黑色溶液,并向其中加入Na2CO3调节电解液pH为5,再加入15ml聚乙二醇2000,将溶液转入高温高压水热反应釜中,在320℃的温度下保温12h(反应的过程无需加压,溶液达到沸点后自加压,压力为7~10MPa),反应结束后,用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两遍,离心转速为5000r/min,离心时间为10min,在70℃的温度下烘干6h,得到VO2粉体54.4g,全钒收率为79.4%。
实施例4
量取500ml 1#电解液于反应容器中加热至50℃,缓慢搅拌的过程中向电解液中加入质量分数为6%亚硫酸1000ml,并持续搅拌12h得到蓝黑色溶液,并向其中加入尿素调节电解液pH为6,再加入十二烷基磺酸钠15g,将溶液转入高温高压水热反应釜中,在350℃的温度下保温6h(反应的过程无需加压,溶液达到沸点后自加压,压力为7~10MPa),反应结束后,用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两遍,离心转速为5000r/min,离心时间为10min,在80℃的温度下烘干3h,得到VO2粉体60.6g,全钒收率为88.5%。
Claims (10)
1.利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)取失效钒电池正极电解液,加入还原剂进行还原反应,还原反应结束后向电解液中加入沉淀剂调节pH至3~6;
(2)向步骤(1)所得电解液中加入表面活性剂反应,待反应结束后,冷却、洗涤、干燥,得到VO2粉体。
2.根据权利要求1所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述失效的钒电池正极电解液中全钒的含量为1.6~1.7mol/L,SO4 2-的含量为4.1~4.3mol/L,五价钒的含量为0.75~0.8mol/L,四价钒的含量为0.85~0.9mol/L。
3.根据权利要求1所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述还原剂为硫酸钒、亚硫酸、草酸、硫化氢或二氧化硫中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述还原剂与电解液中V5+的摩尔比为0.6~1.8:1。
5.根据权利要求3或4所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述还原反应的温度为30~100℃,氧化反应的时间为3~12h。
6.根据权利要求1所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水或尿素中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述表面活性剂的用量为电解液质量的0.1~5wt%。
8.根据权利要求7所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂;优选的,所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠;所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵;所述非离子表面活性剂为聚乙二醇型非离子表面活性剂或多元醇型非离子表面活性剂。
9.根据权利要求7或8所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述反应的温度为260~350℃,所述反应的时间为6~24h。
10.根据权利要求1所述的利用失效钒电池正极电解液快速制备VO2的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述洗涤是指分别用去离子水和无水乙醇各离心洗涤两次;所述干燥是指在50~80℃温度下真空干燥8~12h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911018515.3A CN110615477A (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911018515.3A CN110615477A (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110615477A true CN110615477A (zh) | 2019-12-27 |
Family
ID=68926261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911018515.3A Pending CN110615477A (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110615477A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112266019A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-26 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 单超声雾化均相沉淀法制备m相二氧化钒的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101700909A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-05 | 中国科学技术大学 | 水热法制备具有智能节能性能的二氧化钒的方法 |
CN102649583A (zh) * | 2011-11-23 | 2012-08-29 | 中国科学技术大学 | 一种合成单斜相纳米二氧化钒粉体的方法 |
KR20170030857A (ko) * | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 한국세라믹기술원 | 무소성 고결정성 이산화바나듐의 제조방법 |
CN108946810A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-07 | 深圳大学 | 杨桃状m相氟钼共掺杂二氧化钒粉体及其制备方法和应用 |
CN110203972A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-06 | 湖北大学 | M相二氧化钒纳米粉体的制备方法 |
-
2019
- 2019-10-24 CN CN201911018515.3A patent/CN110615477A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101700909A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-05 | 中国科学技术大学 | 水热法制备具有智能节能性能的二氧化钒的方法 |
CN102649583A (zh) * | 2011-11-23 | 2012-08-29 | 中国科学技术大学 | 一种合成单斜相纳米二氧化钒粉体的方法 |
KR20170030857A (ko) * | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 한국세라믹기술원 | 무소성 고결정성 이산화바나듐의 제조방법 |
CN108946810A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-07 | 深圳大学 | 杨桃状m相氟钼共掺杂二氧化钒粉体及其制备方法和应用 |
CN110203972A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-06 | 湖北大学 | M相二氧化钒纳米粉体的制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112266019A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-26 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 单超声雾化均相沉淀法制备m相二氧化钒的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2666754B1 (en) | Preparation of a doped vo2 powder | |
CN110734088A (zh) | 利用失效的钒电池负极电解液制取m相vo2的方法 | |
CN110615476A (zh) | 利用失效的钒电池正极电解液制取m相vo2的方法 | |
CN107768663B (zh) | 制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法 | |
CN101391814B (zh) | 金红石相二氧化钒粉体的制备方法 | |
CN102942223B (zh) | 一种六方片状nh4v3o8 微晶的制备方法 | |
WO2015064351A1 (ja) | 固体電解質前駆体、その製造方法、固体電解質の製造方法、及び固体電解質-電極活物質複合体の製造方法 | |
CN111039271A (zh) | 一种氟磷酸钒钠盐及其制备方法和用途 | |
CN112266020B (zh) | 钠化钒液制备五氧化二钒正极材料的方法 | |
CN110635121A (zh) | 一种复合锂离子电池正极材料、其制备方法和用途 | |
KR20140076107A (ko) | 리튬 알루미늄 티타늄 포스페이트 제조방법 | |
CN102820459A (zh) | 一种介孔二氧化钛合成高比能钛酸锂材料的制备方法 | |
CN110061223A (zh) | 一种基于近化学平衡体系制备钛酸锂包覆高镍三元正极材料的方法 | |
CN114520319A (zh) | 一种锂二次电池镍基正极材料及其制备方法 | |
CN114772572A (zh) | 一种纳米金属离子包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法 | |
CN113772718B (zh) | 一种SnS-SnS2@GO异质结构复合材料及其制备方法和应用 | |
CN114572957A (zh) | 一种磷酸钒钠材料的制备方法 | |
CN102939262A (zh) | 制备碱金属和过渡金属氟硫酸盐的方法 | |
CN110615477A (zh) | 利用失效钒电池正极电解液快速制备vo2的方法 | |
CN108598383A (zh) | 一种Ti、N共掺杂的球形磷酸铁锂复合材料的制备方法 | |
CN109517217B (zh) | 一种钨掺杂二氧化钒/石墨烯复合物及其制备方法与应用 | |
CN110723749A (zh) | 利用失效钒电池负极电解液快速制备vo2的方法 | |
CN109802125B (zh) | 一种复合锂离子电池正极材料及其制备方法及一种锂离子电池 | |
CN104030355B (zh) | 掺杂二氧化钒粉体和薄膜及其制备方法 | |
CN104157867A (zh) | 一种Li4Ti5O12/C微米球负极材料的制备方法 |
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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191227 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |