CN111682203B - 一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途 - Google Patents

一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途，本发明中将一定量的偏钒酸铵、仲钼酸钠、乙酸钴、磷酸二氢钠为主要原料，加入适量的蒸馏水，调节PH值，进行水热反应，自然冷却至室温，进行离心沉淀分离，将沉淀产物干燥后进行高温烧结，得到一种红褐色的钒钼磷杂多酸钴钠，该钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。

Description

一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极 材料的用途
技术领域
本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种的钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途。
背景技术
杂多酸又名多金属氧簇(POM)，是一类结构多样、功能丰富的单分子簇合物，在催化、电化学、储能、离子导体及磁等方面均展现出优异性质及广阔的应用前景。杂多酸是一种强质子酸，通常具有比无机含氧酸如硫酸等更强的酸性。其酸性一般可改变，通过改变中心原子和配位原子的种类来实现。在现代多酸化学领域的研究中，常用杂多酸为母体合成系列杂多酸盐。相关研究表明：多金属的氧酸盐的结构不仅具有可调性，还具有独特的假液相性，被广泛应用于多相催化领域。而对于钒钼磷杂多酸化合物所体现出既有酸性又有氧化性能，还可以通过改变反应物料中各物质的比例，可调节钒原子比例来控制酸性和氧化性能的转化，因此此类化合物常用于电化学领域。杂多酸及其盐的结构主要是Dawson和Keggin型两种，其中Dawson型的杂多酸及其盐由于其反应合成过程中温度较高，所以合成产物具有稳定的分子结构，其作为锂电池材料具有高的储锂能力。杂多酸在拥有高的储锂能力的同时，其自身也有一些缺陷，例如导电能力差且亦溶解于LiPF6电解液，这些缺点都制约着杂多酸在锂离子电池材料中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用以偏钒酸铵、仲钼酸铵、乙酸钴、磷酸二氢钠为主要原料，加入适量的蒸馏水溶解，调节PH值，进行水热反应，自然冷却至室温，进行离心沉淀分离，将沉淀产物干燥后进行高温烧结，得到一种红褐色的钒钼磷杂多酸钴钠，具体包括以下步骤：
1)称取一定量的偏钒酸铵(NH4VO3)、磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、仲钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)、乙酸钴(C4H6CoO4·4H2O)溶于一定体积的蒸馏水中，搅拌1h，得红色混合物溶液，随后用氢氧化钠调节pH至12，得到红色的混合物浑浊液；
2)将上述混合物浑浊液转入反应釜中，在150～180℃下反应12～72小时，自然冷却至室温，离心分离沉淀分离，得到红色固体；
3)将上述红色固体在60℃的烘箱中干燥6小时，得到红色固体粉末；
4)将红色固体粉末在马弗炉中500～700℃高温烧结3～5小时，得到红褐色的固体，即为一种钒钼磷杂多酸钴钠；
所述钒钼磷杂多酸钴钠的化学式为Na2Co6[P2Mo17VO62]2；
所述参加反应的物质或溶剂均为化学纯。
进一步的，本发明还提供了所述钒钼磷杂多酸钴钠材料的用途，该钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料，首次放电比容量为1150mAh g-1，循环130圈后材料的放电比容量保持为132mAh g-1，库伦效率为99.6％。
与现有技术相比，本发明的特点如下：
本发明所制备的钒钼磷杂多酸钴钠材料的形貌为针状，长度为10～15μm，直径为0.7～12μm；本发明所制备的钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料电化学性能优异，充放电循环测试显示，首次放电比容量为1150mAh g-1，循环130圈后材料的放电比容量保持为132mAh g-1，库伦效率为99.6％。
附图说明
图1为本发明制得的钒钼磷杂多酸钴钠的XRD图。
图2为本发明制得的钒钼磷杂多酸钴钠的SEM图。
图3为本发明制得的钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料的充放电循环图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
称取1.0mmol(0.117g)的偏钒酸铵(NH4VO3)、2.0mmol(0.212g)的磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、2.5mmol(3.09g)的仲钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O))、6.0mmol(1.5g)的乙酸钴(C4H6CoO4·4H2O)、溶于100mL蒸馏水中，然后搅拌1.0h使其溶解，得到红色混合物溶液；用氢氧化钠调节pH至12，得到红色的混合物浑浊液；将上述红色的混合物浑浊液转入反应釜中，在180℃下水热反应12小时；自然冷却至室温，离心分离沉淀分离，得到红色固体；将上述红色固体在60℃的烘箱中干燥6小时，得到红色固体粉末；将红色固体粉末在马弗炉中700℃高温烧结3小时，得到红褐色的固体，即为一种钒钼磷杂多酸钴钠。用X射线衍射仪测试表征所得到的钒钼磷杂多酸钴钠的组成结构，得到相应的衍射谱图(图1)；扫描电镜SEM观测所制备的钒钼磷杂多酸钴钠材料的形貌，结果显示材料的形貌为针状，长度为10～15μm，直径为0.7～12μm(图2)；将所制备的钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试，显示首次放电比容量为1150mAh g-1，循环130圈后材料的放电比容量保持为132mAh g-1，库伦效率为99.6％(图3)。
实施例2
称取1.0mmol(0.117g)的偏钒酸铵(NH4VO3)、2.0mmol(0.212g)的磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、2.5mmol(3.09g)的仲钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O))、6.0mmol(1.5g)的乙酸钴(C4H6CoO4·4H2O)、溶于100mL蒸馏水中，然后搅拌1.0h使其溶解，得到红色混合物溶液；用氢氧化钠调节pH至12，得到红色的混合物浑浊液；将上述红色的混合物浑浊液转入反应釜中，在150℃下水热反应72小时；自然冷却至室温，离心分离沉淀分离，得到红色固体；将上述红色固体在60℃的烘箱中干燥6小时，得到红色固体粉末；将红色固体粉末在马弗炉中500℃高温烧结5小时，得到红褐色的固体，即为一种钒钼磷杂多酸钴钠。用X射线衍射仪测试表征所得到的钒钼磷杂多酸钴钠的组成结构；扫描电镜SEM观测所制备材料的形貌；将所制备的钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试分析。
实施例3
称取1.0mmol(0.117g)的偏钒酸铵(NH4VO3)、2.0mmol(0.212g)的磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、2.5mmol(3.09g)的仲钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O))、6.0mmol(1.5g)的乙酸钴(C4H6CoO4·4H2O)、溶于100mL蒸馏水中，然后搅拌1.0h使其溶解，得到红色混合物溶液；用氢氧化钠调节pH至12，得到红色的混合物浑浊液；将上述红色的混合物浑浊液转入反应釜中，在160℃下水热反应48小时；自然冷却至室温，离心分离沉淀分离，得到红色固体；将上述红色固体在60℃的烘箱中干燥6小时，得到红色固体粉末；将红色固体粉末在马弗炉中600℃高温烧结4小时，得到红褐色的固体，即为一种钒钼磷杂多酸钴钠。用X射线衍射仪测试表征所得到的钒钼磷杂多酸钴钠的组成结构；扫描电镜SEM观测所制备材料的形貌；将所制备的钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试分析。

Claims (2)

1.一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)称取一定量的偏钒酸铵、磷酸二氢钠、仲钼酸铵、乙酸钴溶于一定体积的蒸馏水中，搅拌1h，得红色混合物溶液，随后用氢氧化钠调节pH至12，得到红色的混合物浑浊液；
2)将上述混合物浑浊液转入反应釜中，在150～180℃下反应12～72小时，自然冷却至室温，离心分离沉淀分离，得到红色固体；
3)将上述红色固体在60℃的烘箱中干燥6小时，得到红色固体粉末；
4)将红色固体粉末在马弗炉中500～700℃高温烧结3～5小时，得到红褐色的固体，即为一种钒钼磷杂多酸钴钠，其化学式为Na2Co6[P2Mo17VO62]2；
参加反应的物质或溶剂均为化学纯。
2.一种如权利要求1所叙述制备方法得到的钒钼磷杂多酸钴钠的用途，其特征在于，该钒钼磷杂多酸钴钠作为锂离子电池负极材料，其首次放电比容量为1150mAh g-1，循环130圈后材料的放电比容量保持为132mAh g-1，库伦效率为99.6％。
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