一种用于钠离子电池的正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钠离子电池技术领域，特别涉及一种用于钠离子电池的正极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的高速发展，人类对能源的需求越来越大，世界能源危机和环境污染日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界共同关注的问题。发展风能、太阳能、潮汐能等清洁可再生能源发电技术，是有效缓解社会经济发展过程中面临的能源、环境、资源之间矛盾的有效途径。但是，风能、太阳能、潮汐能具有不连续、不稳定、不可控等非稳定性，无法直接并入电网，需要利用储能技术进行存储后再加以利用。在各种储能技术中，电化学储能具有无污染、效率高、使用安全、应用灵活及长寿命等特点，最符合当今能源的发展方向需求。在现有的电化学储能体系中，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽等优点，成为便携式电子设备产品和电动汽车电源。然而昂贵的成本和锂资源储量的不足且分布不均，使锂离子电池无法满足大规模电网储能，因此研究和开发成本更低的储能电池新体系已成为大规模电网储能市场的迫切需求。
[0003]相比锂离子电池而言，钠离子电池与其工作原理相似，但由于钠离子电池具有材料来源广泛、成本低、安全性好等优势，因此其在大规模储能方面的应用受到了人们的广泛关注。目前报道的钠离子正极材料包括层状氧化物Na^MO2 (M = Fe、Co、N1、Mn)、橄榄石型NaMPO4 (M =卩6、0)、祖、]?11)、嫩510^类似具(？04)3 (M = V、Ti等)和金属氟化物等，但这些材料存在可逆比容量低、循环性能差、制备工艺条件苛刻等缺点。因此开发高比容量、低成本且循环性能好的正极材料对钠离子电池大规模应用具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述钠离子电池正极材料可逆比容量低、循环性能差、制备工艺条件苛刻等不足，提供一种钠离子电池正极材料的制备方法。
[0005]具体步骤为:
(I)按质量比为7:100的比例将V2O5粉体与蒸馏水混合并在室温下搅拌，然后向上述溶液中加入与V摩尔比为8:1的H2O2，室温下持续搅拌反应15分钟，得到深棕色溶液A。
[0006](2)将步骤(I)所得深棕色溶液A置于超声波清洗清洗器中，在80 W功率下反应10分钟后，得到砖红色溶液B。
[0007](3)向步骤(2)所得砖红色溶液B中加入与步骤(I)称取的V2O5质量比为1:500的蒸馏水，在80 W功率下继续超声反应I小时，得到红棕色V2O5凝胶。
[0008](4)向步骤(3)得到的V2O5凝胶中加入蒸馏水，在搅拌下将步骤(3)得到的V2O5凝胶稀释为V浓度为0.006-0.01 mol/L的V2O5溶胶。
[0009](5)以步骤(4)得到的V2O5溶胶为电解液，钼片为阳极，导电基体为阴极，在电压为2.5 V下阴极电沉积V2O5薄膜，电沉积时间为10~30秒，将电沉积得到的V2O5薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60 °C干燥24小时即得到钠离子电池正极材料。
[0010]所述的导电基体为不锈钢片、钛箔或ITO导电玻璃。
[0011]本发明制备方法简单、原料来源广泛、价格相对低廉，制得的钠离子电池正极材料具有高的比容量和良好的循环稳定性的特点，薄膜厚度均匀，是一种非常有应用潜力的电极材料。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例1所制得的钠离子电池正极材料的X射线衍射图。
[0013]图2为本发明实施例1所制得的钠离子电池正极材料的SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
(I)按质量比为7:100的比例将市售V2O5粉体与蒸馏水中混合并在室温下搅拌，然后向上述溶液中加入与V摩尔比为8:1的H2O2，室温下持续搅拌反应15分钟，得到深棕色溶液A。
[0015](2)将步骤(I)所得深棕色溶液A置于超声波清洗清洗器中，在80 W功率下反应10分钟后，得到砖红色溶液B。
[0016](3)向步骤(2)所得砖红色溶液B中加入与步骤(I)称取的V2O5质量比为1:500的蒸馏水，在80 W功率下继续超声反应I小时，得到红棕色V2O5凝胶。
[0017](4)向步骤(3)得到的V2O5凝胶中加入蒸馏水，在搅拌下将步骤(3)得到的V2O5凝胶稀释为V浓度为0.006 mol/L的V2O5溶胶。
[0018](5)以步骤⑷得到的V2O5溶胶为电解液，钼片为阳极，不锈钢片为阴极，在电压为2.5 V下阴极电沉积V2O5薄膜，电沉积时间为30秒，将电沉积得到的V 205薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60 °C干燥24小时即得到钠离子电池正极材料。
[0019]将制得的钠离子电池正极材料作为工作电极，钼片为对电极，Ag/Ag+电极为参比电极，I mol/L的NaC104/PC为电解液在氩气保护下测试其电化学性能。所制得的电极以50mA/g电流密度在-0.5-1.5V区间充放电，可逆比容量达到152 mAh/g，经过50次循环后其容量保持率为95.0 %。
[0020]实施例2:
(I)按质量比为7:100的比例将市售V2O5粉体与蒸馏水中混合并在室温下搅拌，然后向上述溶液中加入与V摩尔比为8:1的H2O2，室温下持续搅拌反应15分钟，得到深棕色溶液A。
[0021](2)将步骤(I)所得深棕色溶液A置于超声波清洗清洗器中，在80 W功率下反应10分钟后，得到砖红色溶液B。
[0022](3)向步骤⑵所得砖红色溶液B中加入与步骤⑴称取的V2O5质量比为1:500的蒸馏水，在80 W功率下继续超声反应I小时，得到红棕色V2O5凝胶。
[0023](4)向步骤(3)得到的V2O5凝胶中加入蒸馏水，在搅拌下将步骤(3)得到的V2O5凝胶稀释为V浓度为0.008 mol/L的V2O5溶胶。
[0024](5)以步骤⑷得到的V2O5溶胶为电解液，钼片为阳极，钛箔为阴极，在电压为2.5V下阴极电沉积V2O5薄膜，电沉积时间为20秒，将电沉积得到的V 205薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60 °C干燥24小时即得到钠离子电池正极材料。
[0025]将制得的钠离子电池正极材料作为工作电极，钼片为对电极，Ag/Ag+电极为参比电极，I mol/L的NaC104/PC为电解液在氩气保护下测试其电化学性能。所制得的电极以50mA/g电流密度在-0.5-1.5V区间充放电，可逆比容量达到160 mAh/g，经过50次循环后其容量保持率为97.5 %。
[0026]实施例3:
(I)按质量比为7:100的比例将市售V2O5粉体与蒸馏水中混合并在室温下搅拌，然后向上述溶液中加入与V摩尔比为8:1的H2O2，室温下持续搅拌反应15分钟，得到深棕色溶液A。
[0027](2)将步骤(I)所得深棕色溶液A置于超声波清洗清洗器中，在80 W功率下反应10分钟后，得到砖红色溶液B。
[0028](3)向步骤⑵所得砖红色溶液B中加入与步骤⑴称取的V2O5质量比为1:500的蒸馏水，在80 W功率下继续超声反应I小时，得到红棕色V2O5凝胶。
[0029](4)向步骤(3)得到的V2O5凝胶中加入蒸馏水，在搅拌下将步骤(3)得到的V2O5凝胶稀释为V浓度为0.01 mol/L的V2O5溶胶。
[0030](5)以步骤(4)得到的V2O5溶胶为电解液，钼片为阳极，ITO导电玻璃为阴极，在电压为2.5 V下阴极电沉积V2O5薄膜，电沉积时间为10秒，将电沉积得到的V2O5薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60 °C干燥24小时即得到钠离子电池正极材料。
[0031]将制得的钠离子电池正极材料作为工作电极，钼片为对电极，Ag/Ag+电极为参比电极，I mol/L的NaC104/PC为电解液在氩气保护下测试其电化学性能。所制得的电极以50mA/g电流密度在-0.5-1.5V区间充放电，可逆比容量达到145 mAh/g，经过50次循环后其容量保持率为92.7 %。
【主权项】
1.一种用于钠离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为: (O按质量比为7:100的比例将V2O5粉体与蒸馏水混合并在室温下搅拌，然后向上述溶液中加入与V摩尔比为8:1的H2O2，室温下持续搅拌反应15分钟，得到深棕色溶液A ; (2)将步骤(I)所得深棕色溶液A置于超声波清洗清洗器中，在80W功率下反应10分钟后，得到砖红色溶液B ; (3)向步骤⑵所得砖红色溶液B中加入与步骤⑴称取的V2O5质量比为1:500的蒸馏水，在80 W功率下继续超声反应I小时，得到红棕色V2O5凝胶； (4)向步骤(3)得到的V2O5凝胶中加入蒸馏水，在搅拌下将步骤(3)得到的V2O5凝胶稀释为V浓度为0.006-0.01 mol/L的V2O5溶胶； (5)以步骤⑷得到的V2O5溶胶为电解液，钼片为阳极，导电基体为阴极，在电压为2.5V下阴极电沉积V2O5薄膜，电沉积时间为10~30秒，将电沉积得到的V2O5薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60 °C干燥24小时即得到钠离子电池正极材料； 所述的导电基体为不锈钢片、钛箔或ITO导电玻璃。
【专利摘要】本发明公开了一种用于钠离子电池的正极材料的制备方法。(1)电解液制备：以V2O5粉体、蒸馏水和H2O2为原料，在超声作用下反应制取V2O5凝胶，将V2O5凝胶稀释成为V浓度为0.006~0.01 mol/L的V2O5溶胶，作为电沉积V2O5薄膜的电解液；(2)恒压电沉积：以导电基体为工作电极、铂片为辅助电极，在电压为2.5V下电沉积V2O5薄膜，将电沉积得到的V2O5薄膜在室温下自然干燥24小时后，在60℃干燥24小时即得到钠离子电池正极材料。本发明制备方法简单、原料来源广泛、价格相对低廉，制得的钠离子电池正极材料具有高的比容量和良好的循环稳定性的特点，薄膜厚度均匀，是一种非常有应用潜力的电极材料。
【IPC分类】C01G31-02, H01M4-04, H01M4-48
【公开号】CN104659352
【申请号】CN201510099707
【发明人】李延伟, 姚金环, 李世玉, 姜吉琼, 杨建文, 张灵志
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月7日