CN114538515A - 一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 - Google Patents
一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114538515A CN114538515A CN202210179532.0A CN202210179532A CN114538515A CN 114538515 A CN114538515 A CN 114538515A CN 202210179532 A CN202210179532 A CN 202210179532A CN 114538515 A CN114538515 A CN 114538515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- niobium oxide
- metal
- doped
- melting agent
- charging
- 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
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000002184 metal Chemical class 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 20
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 150000002751 molybdenum Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 6
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 4
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 3
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 description 1
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003681 vanadium Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G33/00—Compounds of niobium
-
- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，具体步骤包括：首先将一定比例的氧化铌，金属盐和熔融剂充分混合；随后将混合材料转移到管式炉中进行烧结反应得到前驱体；然后将前驱体进行水洗处理和在保护气氛下进行加热处理得到白色粉末，白色粉末即为单金属掺杂的快充氧化铌材料。本发明利用在熔融剂的作用下，金属离子在熔融态中可以加速进入本体材料中，从而实现掺杂效果；通过水洗处理和在保护气氛下加热处理可去除熔融剂，从而得到单金属掺杂的快充氧化铌材料。本发明提供的方法原料利用率高，制备方法简单易行，并且制得的单金属掺杂的快充氧化铌材料具有大电流性能好，循环圈数长的特征。
Description
技术领域
本发明涉及快充氧化铌材料领域，特别涉及一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法。
背景技术
电动汽车的广泛使用对高能量密度和快速充电能力的锂离子电池提出了更高的要求。然而，目前商业化的石墨电极在不影响电池性能和安全性的条件下无法实现快速充电。当锂离子电池以高速率充电时，增加的电池极化会导致能量利用减低，锂枝晶产生，容量衰减增加，产生过多的热量，从而影响电池性能。
插层型Nb2O5材料在充放电过程中离子通过晶体通道快速插进或插出，同时伴随着法拉第电荷转移，在本体材料内部不发生相变电荷的储存发生，从而材料可逆性好，倍率性能优异。因此Nb2O5材料被认为是快充材料的良好选择。
虽然Nb2O5材料具有良好的倍率性能，但是高的氧化还原电位限制了电池能量密度的提高，限制了Nb2O5材料在商业的应用。因此，通过合成双金属氧化物或掺杂低电压平台的金属来降低本体材料的氧化还原电位，从而提高全电池的能量密度。
本发明的目的是针对目前Nb2O5材料负极存在的问题而提供一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，其工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，具体包括：将选定金属盐与氧化铌按一定比例充分混合得到混合材料；然后将一定比例的熔融剂加入到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；将得到的前驱体材料在氧气气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。将得到的前驱体材料进行水洗，然后再保护气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌材料。本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
本发明的目的在于提供以下技术方案：
(1)一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，该方法包括熔融盐法合成前驱体，对前驱体进行烧结处理得到单金属掺杂的快充氧化铌材料；
(2)根据上述(1)所述的方法，该方法涉及的特定金属盐可选锡、矾、铋、钼盐,优选锡盐；
(3)根据上述(1)所述的方法，该方法涉及的金属盐与氧化铌的质量比例为金属盐：氧化铌＝1％-5％,优选为3％；
(4)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及熔融剂与混合物的质量比例为熔融剂：混合物＝5:1-20:1，优选为10:1；
(5)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及熔融剂为氯化钠，氯化钾，优选为氯化钠；
(6)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及煅烧反应时间为8-24h，优选为10h；
(7)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及煅烧温度时间为600-1000℃，优选为700℃；
(8)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及水洗后煅烧温度为200-500℃，优选为300℃；
(9)根据上述所述(1)所述的方法，该方法涉及水洗后煅烧保护气氛为氮气，氩气，优选为氩气。
(10)根据上述(1)至(9)所述的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，选特定金属盐与氧化铌按一定比例充分混合得到混合材料；
步骤2，将一定比例的熔融剂加入到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
步骤3，将步骤2得到的前驱体材料在氧气气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
步骤4，将步骤3得到的前驱体材料进行水洗，然后再保护气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌材料。
根据本发明提供的一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，具有以下有益效果：
(1)本发明方法通过熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料处理简单，无需进行高温烧结，大大降低了处理成本；
(2)本发明方法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料，无需对氧化铌酸碱处理，减少酸碱的使用，降低成本，可带来较大的经济利益；
(3)本发明方法通过制备出单金属掺杂的快充氧化铌材料，利用单金属原子在氧化铌本体材料内部产生缺陷，改变氧化铌材料的晶型结构，该方法副产物少，重金属使用量少，环境污染小；
(4)本发明方法制备的材料可以直接作为负极快充材料，且具有较好的的快充性能。
附图说明
图1示出本发明提供的实例一得到的锡金属掺杂快充石墨XRD 测试图；
图2示出本发明提供的实例一得到的锡金属掺杂快充石墨在2 C的倍率性能图；
图3示出本发明提供的一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法得到的钒金属掺杂快充石墨SEM图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
电动汽车的广泛使用对高能量密度和快速充电能力的锂离子电池提出了更高的要求。
然而，目前商业化的石墨电极在不影响电池性能和安全性的条件下无法实现快速充电。当锂离子电池以高速率充电时，增加的电池极化会导致能量利用减低，产生锂枝晶，容量衰减增加，产生过多的热量，从而影响电池性能。
插层型Nb2O5材料在充放电过程中离子通过晶体通道快速插进或插出，同时伴随着法拉第电荷转移，在本体材料内部不发生相变电荷的储存发生，从而材料可逆性好，倍率性能优异。因此 Nb2O5材料被认为是快充材料的良好选择。
虽然Nb2O5材料具有良好的倍率性能，但是高的氧化还原电位限制了电池能量密度的提高，限制了Nb2O5材料在商业的应用。因此，通过合成双金属氧化物或掺杂低电压平台的金属来降低本体材料的氧化还原电位，从而提高全电池的能量密度。
目前通过包覆法处理Nb2O5材料来降低材料的氧化还原反应电压从而提高材料的快充容量性能取得了一些进展，然而其依然无法满足快充容量需求。
因此，有效制备出新型快充Nb2O5材料是亟需解决的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法。
通过将选定金属盐与氧化铌按一定比例充分混合得到混合材料；然后将一定比例的熔融剂加入到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；将得到的前驱体材料在氧气气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。将得到的前驱体材料进行水洗，然后再保护气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌材料。本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
本发明提供的一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，该方法包括采用简单熔融法和烧结处理来制备新型快充石墨；
其中，所述制备的单金属掺杂的快充氧化铌材料中涉及的特定金属盐可选锡、矾、铋、钼盐,优选锡盐；
其中，所述金属盐与氧化铌的质量比例为金属盐：氧化铌＝1％-5％,优选为3％；
其中，所述熔融剂与混合物的质量比例为熔融剂：混合物＝5:1-20:1，优选为10：1；
其中，所述熔融剂为氯化钠，氯化钾，优选为氯化钠；
其中，所述煅烧反应时间为8-24h，优选为10h；
其中，所述煅烧温度时间为600-1000℃，优选为700℃；
其中，所述水洗后煅烧温度为200-500℃，优选为300℃；
其中，所述水洗后煅烧保护气氛为氮气，氩气，优选为氩气；
本发明中，所述方法依据为掺杂的金属原子能在氧化铌材料本体产生缺陷；在外界能量的催动下，金属离子可以在熔融盐的作用下可以快速进入本体材料内部，从而产生缺陷和改变材料的晶型结构，降低材料的氧化还原电位，提高材料的能量密度，形成单金属掺杂的快充氧化铌材料。
实施例以下通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
取0.01g氯化锡与1.0gNb2O5材料充分混合得到混合材料，后加入5g的氯化钠到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
取3g还原后的前驱体材料放入瓷舟中，在氧气的气氛下以 1℃/min的条件下升温至700℃反应10h来制备单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料；
将得到的材料进行水洗，烘干后将材料放入坩埚，在氩气气的气氛下以5℃/min的条件下升温至300℃反应2h来制备单金属掺杂的快充氧化铌材料，本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
对制备材料进行XRD测试，结果如附图1所示，结果证明合成了锡金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
将得到的单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料粉末均匀涂布在铜箔上，得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料电极，并与锂电极装配半电池，在0.1C电流下活化3圈，在不同电流下进行充放电循环性能测试，测试结果如附图2所示，在2C的电流下循环200圈仍然保持135mAh/g的容量；并且在5C的倍率下能达到 50mAh/g的比容量。结果表明铁金属掺杂缺陷石墨具有好的快充性能。
实施例2
取0.01g氯化锡与0.5gNb2O5材料充分混合得到混合材料，后加入4g的氯化钠到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
取2g还原后的前驱体材料放入瓷舟中，在氧气的气氛下以 1℃/min的条件下升温至800℃反应12h来制备单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料；
将得到的材料进行水洗，烘干后将材料放入坩埚，在氩气气的气氛下以5℃/min的条件下升温至300℃反应1h来制备单金属掺杂的快充氧化铌材料，本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
对制备材料进行XRD测试，结果证明合成了锡金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
将得到的单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料粉末均匀涂布在铜箔上，得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料电极，并与锂电极装配半电池，在0.1C电流下活化3圈，在2C的电流下进行充放电循环性能测试，在2C的电流下循环200圈仍然保持130 mAh/g的容量；并且在5C的倍率下能达到68mAh/g的比容量，结果表明铁金属掺杂缺陷石墨具有好的快充性能。
实施例3
取0.01g氯化铋与1.0gNb2O5材料充分混合得到混合材料，后加入2.5g的氯化钾到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
取1g还原后的前驱体材料放入瓷舟中，在氧气的气氛下以 1℃/min的条件下升温至1000℃反应8h来制备单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料；
将得到的材料进行水洗，烘干后将材料放入坩埚，在氩气气的气氛下以5℃/min的条件下升温至280℃反应1h来制备单金属掺杂的快充氧化铌材料，本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
对制备材料进行XRD测试，结果证明合成了铋金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
将得到的铋金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料粉末均匀涂布在铜箔上，得到铋金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料电极，并与锂电极装配半电池，在0.1C电流下活化3圈，在2C的电流下进行充放电循环性能测试，在2C的电流下循环400圈仍然保持 122mAh/g的容量；并且在5C的倍率下能达到55mAh/g的比容量。结果表明铁金属掺杂缺陷石墨具有好的快充性能。
实施例4
取0.01g偏钒酸铵与1.0gNb2O5材料充分混合得到混合材料，后加入6g的氯化钾到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
取4g还原后的前驱体材料放入瓷舟中，在氧气的气氛下以 1℃/min的条件下升温至900℃反应12h来制备单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料；
将得到的材料进行水洗，烘干后将材料放入坩埚，在氩气气的气氛下以5℃/min的条件下升温至240℃反应3h来制备单金属掺杂的快充氧化铌材料，本工艺流程简单、易于实施、所得产品具有好的快充性能，可综合实现经济效益和电化学性能。
对制备材料进行XRD测试，结果证明合成了钒金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
将得到的钒金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料粉末均匀涂布在铜箔上，得到钒金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料电极，并与锂电极装配半电池，在0.1C电流下活化3圈，在2C的电流下进行充放电循环性能测试，在2C的电流下循环1000圈仍然保持 115mAh/g的容量；并且在5C的倍率下能达到54mAh/g的比容量。结果表明铁金属掺杂缺陷石墨具有好的快充性能。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法，其特征在于，该方法包括无需复杂的流程，无需将氧化铌进行酸浸预处理。在熔融剂的作用下，将金属离子加速掺杂进入氧化铌内部，在水洗以及保护气氛的作用下去除熔融剂从而得到性能优异的单金属掺杂的快充氧化铌材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，选特定金属盐与氧化铌按一定比例充分混合得到混合材料；
步骤2，将一定比例的熔融剂加入到混合物中并充分混合得到熔融剂混合前驱体材料；
步骤3，将步骤2得到的前驱体材料在氧气气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌前驱体材料。
步骤4，将步骤3得到的前驱体材料进行水洗，然后再保护气氛中以一定升温速率加热到一定温度煅烧一段时间得到单金属掺杂的快充氧化铌材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定金属盐可选锡、矾、铋、钼盐,优选锡盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属盐与氧化铌的质量比例为金属盐：氧化铌＝1％-5％,优选为3％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融剂与混合物的质量比例为熔融剂：混合物＝5:1-20:1，优选为10:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融剂为氯化钠，氯化钾，优选为氯化钠。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅烧反应时间为8-24h，优选为10h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅烧温度时间为600-1000℃，优选为700℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水洗后煅烧温度为200-500℃，优选为300℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水洗后煅烧保护气氛为氮气，氩气，优选为氩气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210179532.0A CN114538515A (zh) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210179532.0A CN114538515A (zh) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114538515A true CN114538515A (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=81680012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210179532.0A Pending CN114538515A (zh) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114538515A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101492180A (zh) * | 2008-01-23 | 2009-07-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法 |
| CN101805021A (zh) * | 2009-02-17 | 2010-08-18 | 西北工业大学 | 一种片状铌酸钠微晶粉体的制备方法 |
| CN102593441A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 中信国安盟固利电源技术有限公司 | 锂离子电池用改性五氧化二铌的合成方法 |
| CN105271409A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 同济大学 | 一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法 |
| US20180005771A1 (en) * | 2014-12-19 | 2018-01-04 | Nanyang Technological University | A metal oxide nanostructured material and an electrochemical cell comprising the same |
| CN110323429A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-10-11 | 中南大学 | 五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合负极材料的制备方法 |
| KR20200077859A (ko) * | 2018-12-21 | 2020-07-01 | 국민대학교산학협력단 | 이차전지 전극용 Nb2O5-Ge/GeO2 마이크로복합체의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 Nb2O5-Ge/GeO2 마이크로복합체를 포함하는 이차전지용 전극 활물질 |
| CN111785955A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-10-16 | 郑州轻工业大学 | 一种高容量VNb9O25纳米片锂离子电池负极材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-25 CN CN202210179532.0A patent/CN114538515A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101492180A (zh) * | 2008-01-23 | 2009-07-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法 |
| CN101805021A (zh) * | 2009-02-17 | 2010-08-18 | 西北工业大学 | 一种片状铌酸钠微晶粉体的制备方法 |
| CN102593441A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 中信国安盟固利电源技术有限公司 | 锂离子电池用改性五氧化二铌的合成方法 |
| CN105271409A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 同济大学 | 一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法 |
| US20180005771A1 (en) * | 2014-12-19 | 2018-01-04 | Nanyang Technological University | A metal oxide nanostructured material and an electrochemical cell comprising the same |
| KR20200077859A (ko) * | 2018-12-21 | 2020-07-01 | 국민대학교산학협력단 | 이차전지 전극용 Nb2O5-Ge/GeO2 마이크로복합체의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 Nb2O5-Ge/GeO2 마이크로복합체를 포함하는 이차전지용 전극 활물질 |
| CN110323429A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-10-11 | 中南大学 | 五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合负极材料的制备方法 |
| CN111785955A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-10-16 | 郑州轻工业大学 | 一种高容量VNb9O25纳米片锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| LIANGLIANG LIU ET AL.: ""Preparation of cubic Na0.5Sr0.25NbO3 particles by molten salt synthesis"", 《J MATER SCI: MATER ELECTRON》 * |
| XIANGZHEN ZHU ET AL.: ""MoNb12O33 as a new anode material for high-capacity, safe, rapid and durable Li+ storage-structural characteristics, electrochemical properties and working mechanisms"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
| 邵伯建等: "Bi8Nb2O(17)材料的电传导率测定", 《材料科学与工程学报》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106876686B (zh) | 一种对锂离子电池用正极活性材料进行表面修饰的方法 | |
| CN108172803B (zh) | 一种表面改性的包覆型富锂材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN109449379B (zh) | 一种氮掺杂碳复合的SnFe2O4锂离子电池负极材料及其制备方法与应用 | |
| CN106602024B (zh) | 一种表面原位修饰型富锂材料及其制备方法 | |
| CN107093739B (zh) | 钾离子电池正极材料用钾锰氧化物及其制备方法 | |
| CN114530590B (zh) | 含铋锡锑的高熵氧化物负极储能材料及其制备方法与应用 | |
| CN113903884B (zh) | 正极活性材料及其制备方法、正极、锂离子电池 | |
| CN111769272A (zh) | 一种Bi@C空心纳米球复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN103000874A (zh) | 一种碳包覆三元正极材料的制备方法 | |
| CN110752360B (zh) | 一种S-Ni3C/NiO复合锂硫电池正极材料的制备方法 | |
| CN107785557B (zh) | 基于镧掺杂和表面氧空位修饰联合机制的富锂锰基层状材料的制备方法及其产品和应用 | |
| CN109980207A (zh) | 一种锰酸锂锂离子电池正极材料及其制备方法和用途 | |
| CN115020676A (zh) | 一种稳定氧变价的钠离子电池正极材料及其制备方法 | |
| CN106450179A (zh) | 一种钛掺杂的氟化铁正极材料的制备方法 | |
| CN112038640A (zh) | 一种多孔碳包覆三元正极材料及其制备方法 | |
| CN114349051A (zh) | 多金属钼酸盐、其制备方法及锂离子电池 | |
| CN113871605A (zh) | 一种预锂化硅基负极材料及其制备方法和用途 | |
| CN113745504A (zh) | 一种铌钨钛氧化物负极材料及其制备方法与应用 | |
| CN111326730B (zh) | 一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN112635750A (zh) | 磷掺杂的三元锂离子正极材料及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN115744857B (zh) | 废旧磷酸铁锂电池定向循环制取磷酸铁锂正极材料的方法 | |
| WO2023179613A1 (zh) | 一种复合正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN110335987A (zh) | 一种可用作锂离子电池负极材料的TeO2-MoO3-Fe2O3微晶玻璃的制备方法 | |
| CN115188958A (zh) | 一种球形多孔钠离子电池材料及其制备方法 | |
| CN114538515A (zh) | 一种熔融法制备具有单金属掺杂的快充氧化铌材料的方法 |
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: 20220527 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |