一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池正极材料制备领域，具体涉及一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钒氧化合物和钒酸盐嵌锂材料由于成本相对低廉，合成方法简单，比容量高等特点成为了近年来研宄的热点。钒酸铵纳米材料作为一类重要的钒酸盐，具有钒氧多面体构成的层状结构，其中，NH4+位于钒氧多面体形成的层间，使其具有能嵌入金属离子的开放结构以及发生热致相变的特性。因此，钒酸铵通常具有较好的电传导性能，并有较高的理论比容量，有望成为一类新型的锂离子电池电极材料。
[0003]目前制备NH4V3O8的方法主要有:沉淀法和水热法。其中，水热法是一种很有效的合成途径。合成的形貌也有梭状，花状和带状等。但是沉淀法合成NH4V3O8S在反应过程不易控制、有副反应发生、产物纯度低等缺点，水热法合成NH4V3O8S在反应温度相对较高、反应时间较长等缺点。并且钒酸铵由于其本身电导率小，导致其导电性较差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，按本发明的制备方法可以制备导电性能优异、比容量高、循环性能稳定以及寿命长的生物碳/钒酸氨复合材料。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)将生物质预制体洗净清除表面杂质，剪碎得均匀块状A ;
[0008](2)将均匀块状A干燥得块状B ；
[0009](3)向块状B中加入浓硝酸后进行均相反应，得反应产物C ；
[0010](4)将反应产物C抽滤烘干后进行碳化，得碳化产物D ；
[0011](5)将碳化产物D加乙醇浸泡，再用蒸馏水和乙醇洗涤后抽滤，然后干燥，得到多孔结构的生物炭E ;
[0012](6)将偏钒酸铵溶解于去离子水中，制得浓度为0.10?0.30mol/L的順^03溶液F；
[0013](7)将NH4VO3S液F的pH值调节为0.5?2.0，向NH 4V03if液F中按照E: F为1:10?1:20的质量比加入生物碳E，再将得到的混合物转入反应釜中，将反应釜密封后，置于水热感应加热仪中，以400?800KHz的感应频率由室温升温到160?220°C，并保温10?30min，然后冷却到60?80°C，保温10?20min，得到悬浮液；
[0014](8)将悬浮液离心分离得到粉体产物，再将粉体产物分别用去离子水和无水乙醇浸泡及洗涤，然后干燥、研磨，得到nh4v3o8/c纳米复合物。
[0015]进一步地，步骤⑴中生物质预制体为香蕉皮、虾壳、梧桐树叶、小麦秸杆或玉米稻杆中的一种。
[0016]进一步地，步骤(I)中均匀块状A的边长尺寸为4?6mm。
[0017]进一步地，步骤⑵中将均匀块状A在室温下干燥0.5?Ih得块状B。
[0018]进一步地，步骤(3)中浓硝酸的浓度为2?5mol.L'
[0019]进一步地，步骤(3)中均相反应的条件为:以15°C/min的升温速率升温至150°C?180°C后保温20?50min，然后自然冷却到室温。
[0020]进一步地，步骤(4)中将反应产物C抽滤烘干后移入管式气氛炉中碳化，所述管式气氛炉通入氮气，碳化的条件为:1min将管式气氛炉升温到50°C，75min升温到600?800 °C后，并在此温度下保温60?180min。
[0021]进一步地，步骤(8)中将粉体产物分别用去离子水和无水乙醇浸泡及洗涤的具体过程为:将粉体产物先用去离子水浸泡10?20min，然后用去离子水洗涤5?10次，再用无水乙醇浸泡10?20min，然后用无水乙醇洗涤5?10次。
[0022]进一步地，步骤(8)中的干燥温度为80?110°C，时间为6?8h。
[0023]一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0024](I)将梧桐树叶洗净清除表面杂质，剪碎得边长尺寸为4mm的均匀块状A ;
[0025](2)将均匀块状A在室温下干燥0.5h得块状B ；
[0026](3)向块状B中加入浓度为2mol.L—1的浓硝酸后，以15°C /min的升温速率升温至150 °C后保温20min，然后自然冷却到室温，得反应产物C ；
[0027](4)将反应产物C抽滤烘干后移入管式气氛炉中进行碳化，管式气氛炉充满氮气，碳化的条件为:1min将管式气氛炉升温到50°C，75min升温到600°C后保温180min，得碳化产物D ；
[0028](5)将碳化产物D加乙醇浸泡，然后用蒸馏水洗涤三次再用乙醇洗涤三次后抽滤，然后干燥，得到多孔结构的生物炭E ;
[0029](6)将偏钒酸铵溶解于去离子水中，制得浓度为0.20mol/L的册14￥03溶液F ；
[0030](7)将NH4VO3溶液F的pH值调节为0.5，向NH 4V03溶液F中按照E:F为1:10的质量比加入生物碳E，再将得到的混合物转入反应釜中，将反应釜密封后，置于水热感应加热仪中，以400KHz的感应频率由室温升温到160°C，并保温lOmin，然后冷却到60°C，保温lOmin，得到悬浮液；
[0031](8)将悬浮液离心分离得到粉体产物，将粉体产物先用去离子水浸泡lOmin，然后用去离子水洗涤5次，再用无水乙醇浸泡lOmin，然后用无水乙醇洗涤5次，然后在80°C的温度下干燥6h，再对干燥后的固体产物研磨，得到多孔片状的NH4V308/C纳米复合物，即为生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料。
[0032]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0033]本发明生物质预制体制得生物炭，采用生物炭及偏钒酸铵制备生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料，由于生物碳具有较大的层间距，不仅可以为锂离子的快速传输提供条件，增大材料的容量，还可以形成分子内氢键，稳定材料的结构，进而可以提高材料的循环稳定性。另外生物炭为结构疏松的有序多孔状材料，具有较大的比表面积，可有效增加电极材料与电解液的接触面积，进而可以显著改善材料的导电性。本发明将生物碳优异的导电性和钒酸氨高的比容量性有机地复合在了一起，制备出生物碳/钒酸铵复合材料，将变废为宝的生物碳与具有高比容量/钒酸铵材料进行了复合，为电子的迀移提供了很好的通道，增加了电子的迀移速度，提高了材料的导电性，可以更好地实现快充快放。本发明选择具有合成温度低、周期短的水热感应法合成生物碳/钒酸铵复合材料，制得的生物碳/钒酸铵复合材料，具有优异的导电性能(使得钒酸铵原有的的导电率获得数量级的提升)，且比容量(将钒酸铵原有260mAh/g的比容量提升到350mAh/g)也得到了明显提高，本发明制备方法简单，反应温度低，反应时间短，且无需后续处理，对环境友好，可以适合大规模生产。
【附图说明】
[0034]图1是本发明实施例1制备的锂离子电池正极材料的X-射线衍射(XRD)图谱；
[0035]图2是本发明实施例1步骤(5)得到的生物碳的扫描电镜(SEM)照片；
[0036]图3是本发明实施例1制备的锂离子电池正极材料的扫描电镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0037]下面对本发明的实施方式做进一步详细描述:
[0038]一种生物碳/钒酸铵锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0039](I)将生物质预制体(生物质预制体为香蕉皮、虾壳、梧桐树叶、小麦秸杆或玉米秸杆中的一种)洗净清除表面杂质，剪碎得边长尺寸为4?6mm的均匀块状A ;
[0040](2)将均匀块状A在室温下干燥0.5?Ih得块状B ；
[0041](3)向块状B中加入浓度为2?5mol.L—1的浓硝酸后进行均相反应，均相反应的条件为:以15 0C /min的升温速率