一種Na制造技術

本發(fā)明專利技術涉及Na

A kind of Na

The invention relates to Na

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種Na3V2(BO3)3化合物及其制備和應用
本專利技術涉及化學式為Na3V2(BO3)3的化合物、鈉離子電池正極材料、制備方法以及利用該材料制作鈉離子電池。
技術介紹
隨著能源問題的日益嚴峻，不可再生資源的日益匱乏，以及人們對環(huán)保重要性認識的不斷增強，社會對新能源的需求日益增強，而儲能在能源體系中發(fā)揮越來越重要的作用。之前，作為新能源中重要儲能器件的鋰離子電池吸引了眾多研究資源，但是考慮到鋰在地球上的儲量較少及其較高的價格，最近對儲量更加豐富、更加廉價的Na離子電池的研究重新得到了研究者的重視。目前應用于鈉離子電池的正極材料主要有Na3V2(PO4)3、NaVPO4F、Na3V2(PO4)2F3和NaTiFeO3、NaCoO3和NaMnO3等。然而，這些材料仍然存在很多問題：比容量和工作電壓較低，循環(huán)穩(wěn)定性差及制備困難等，這嚴重限制了這些材料的實際應用。相比于磷酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽，硼酸鹽由于較低的摩爾質量而具有更高的比容量和比能量[15]。另外，BO3和BO4具有多種組合方式，可以形成B3O6，B3O7，B5O12等不同結構基團，這類化合物具有豐富的從零維到一維、二維和三維的結構，從而為Na離子的傳輸提供較大的通道。另外，BO3和BO4基團也具有誘導效應，可以提高正極材料的工作電壓。而目前關于硼酸鹽鈉離子電池正極材料的研究幾乎沒有，值得深入研究。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術針對上述提出的技術問題,目的在于提供一種Na3V2(BO3)3化合物及制備方法,以及Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料。為實現(xiàn)上述目的，采用的具體技術方案如下：一種Na3V2(BO3)3化合物。其制備步驟如下：將含Na化合物、含V化合物和含B化合物按摩爾比Na：V：B＝3:2:3的比例混合均勻后，進行化學合成反應，制得Na3V2(BO3)3的化合物；所述含Na化合物為Na的氧化物、Na的碳酸鹽、R的硝酸鹽或Na的草酸鹽；所述含V化合物為V的氧化物或/和V的硼酸鹽；所述含B化合物為H3BO3或/和B2O3。本專利技術提供的Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料。Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料的制備方法，采用高溫固相法進行材料制備，其步驟如下：1)配料：將Na2CO3、V2O3和H3BO3按Na:V:B為3:2:3的摩爾比，同時加入Na3V2(BO3)3質量20％的蔗糖配料并進行預處理；2)控制各項參數(shù)進行材料合成：將盛有上述配料的坩堝置于通有惰性保護氣氛的管式爐中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保溫10-40小時；待反應充分后，以小于50℃/h的速率降至室溫，得到Na3V2(BO3)3/C材料；所述經(jīng)預處理的原料的預處理為將配置好的原料混合均勻后倒入剛玉坩堝中，于馬弗爐中緩慢升溫至300℃加熱10小時以上，后冷卻至室溫；所述Na2CO3用Na的氧化物、Na的硝酸鹽或Na的草酸鹽代替；所述V2O3用V的硼酸鹽、V的草酸鹽或NH4VO3代替；所述的B2O3用H3BO3代替。本專利技術提供的Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料的制備方法，采用溶膠凝膠法制備Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料，其步驟如下：1)配料：將含Na2CO3、V2O5、H3BO3和草酸按Na:V:B:草酸為30:10:30:(10-30)的摩爾比加入80℃的去離子水中攪拌至形成均勻的藍色溶液，加熱至形成溶膠；2)將溶膠轉移至120℃的烘箱中，烘干至凝膠，將凝膠研磨成粉轉移到瓷舟中，進行預處理；3)控制各項參數(shù)進行材料合成：將盛有上述配料的瓷舟置于通有惰性保護氣氛的管式爐中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保溫10-40小時；待反應充分后，以小于50℃/h的速率降至室溫，得到Na3V2(BO3)3/C材料；所述經(jīng)預處理的原料的預處理為將配置好的原料混合均勻后倒入瓷舟中，于馬弗爐中緩慢升溫至300℃加熱5小時以上，后冷卻至室溫；所述Na2CO3用Na的氧化物、Na的硝酸鹽或Na的草酸鹽代替；所述V2O3用V的硼酸鹽、V的草酸鹽或NH4VO3代替；所述的B2O3用H3BO3代替。以下是幾個典型的可得到Na3V2(BO3)3化合物的化學反應：(1)3Na2CO3+2V2O3+3B2O3＝2Na3V2(BO3)3+3CO2↑(2)12NaNO3+4V2O3+6B2O3＝4Na3V2(BO3)3+12NO2↑+3O2↑(3)3Na2CO3+4VOC2O4+6H3BO3＝2Na3V2(BO3)3+9CO2↑+2CO↑+9H2O↑(4)12NaNO3+8VOC2O4+12H3BO3＝4Na3V2(BO3)3+12NO2↑+16CO2↑+O2↑+18H2O↑本專利技術的優(yōu)點在于：所獲正極材料具有較高的比容量和工作電壓，較大的循環(huán)穩(wěn)定性。Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料具有較高的比容量達到230mAh/g；其工作電壓在3.0-4.3V之間，25個循環(huán)后比容量仍能保持95％以上。附圖說明圖1是本專利技術Na3V2(BO3)3/C鈉離子電池正極材料的SEM圖片。圖2為本專利技術Na3V2(BO3)3/C的多晶粉末X射線衍射圖譜。圖3為本專利技術Na3V2(BO3)3的晶體結構圖。圖4為本專利技術Na3V2(BO3)3/C正極材料0.2C倍率、3-4.3V范圍內的充放電曲線。圖5為本專利技術Na3V2(BO3)3/C正極材料在0.2C的循環(huán)穩(wěn)定性曲線。具體實施方式實施例1Na3V2(BO3)3化合物的高溫固相制備將0.03mol的Na2CO3、0.02mol的V2O3和0.06mol的H3BO3放入瑪瑙研缽中，研磨半小時。然手轉移到坩堝中，將坩堝放入惰性氣體Ar保護的管式爐中。以1-10℃/min的升溫速度將爐子升至200-400℃，保溫3-10小時，最后以1-10℃/min的速度降至室溫。將合成的材料取出，研磨成粉后再次轉移到坩堝中，放入惰性氣體Ar保護的管式爐中。以1-10℃/min的升溫速度將爐子升至600-900℃，保溫10-40小時，最后以1-10℃/min的速度降至室溫。將獲得產(chǎn)物取出研磨成分即得到Na3V2(BO3)3化合物。如圖1所示，其為灰綠色粉末，振實密度1.5g/cm3，熔點930℃。其X射線衍射圖譜如圖2所示，其晶體結構圖如圖3所示。從圖3中可以看到，其基本的結構單元為BO3三角形，Na和V占據(jù)同一個位置，將BO3三角形相互連接形成三維網(wǎng)絡結構。實施例2Na3V2(BO3)3化合物的溶膠-凝膠制備將0.03mol的草酸溶解于裝有去離子水的燒杯中，然后加入0.02mol的VBO3，在70-80℃的恒溫水浴中攪拌至呈藍色溶液，然后加入0.01mol的H3BO3、0.015mol的Na2CO3，繼續(xù)攪拌形成藍綠色的硼酸釩鈉溶膠。將該溶膠置于80℃烘箱中烘10h左右得到藍色蓬松狀前驅體，將該前驅體研磨呈粉末后置于坩堝中，將坩堝放入惰性氣體Ar保護的管式爐中。以1-10℃/min的升溫速度將爐子升至200-400℃，保溫3-10小時，最后以1-10℃/min的速度降至室溫。將合成的材料取出，研磨成粉后再次轉移到坩堝中，放入惰性氣體Ar保護的管式爐中。以1-10℃/min的升溫速度將爐子升至600-900℃，保溫10-40小時，最后本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種Na

【技術特征摘要】
1.一種Na3V2(BO3)3化合物。2.一種權利要求1所述Na3V2(BO3)3化合物的制備方法，其特征在于：制備步驟如下，將含Na化合物、含三價V化合物和含B化合物按摩爾比Na:V:B＝3:2:3的比例混合均勻后，進行化學合成反應，制得Na3V2(BO3)3化合物。3.按照權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述含Na化合物為Na的氧化物、Na的碳酸鹽、Na的硼酸鹽、Na的硝酸鹽或Na的草酸鹽中的一種或二種以上；所述含三價V化合物為三價V的氧化物或/和V的硼酸鹽；所述含B化合物為H3BO3或/和B2O3。4.按照權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于：采用固相反應制備Na3V2(BO3)3化合物，其步驟如下：1)配料：將含Na化合物、含三價V化合物和含B化合物按Na:V:B為3：2:3的摩爾比配料進行預處理；所述經(jīng)預處理的原料的預處理為將配置好的原料混合均勻后倒入剛玉坩堝中，于馬弗爐中從室溫升溫至200-500℃加熱2-10小時以上，后冷卻至室溫；2)控制各項參數(shù)進行材料合成：將盛有上述配料的坩堝置于通有惰性保護氣氛的管式爐中；以1-5℃的速率從室溫升至600-1000℃；保溫10-40小時；待反應充分后，以1-50℃/h的速率降至室溫，得到Na3V2(BO3)3材料。5.按照權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，采用溶膠凝膠法制備Na3V2(BO3)3化合物，其步驟如下：1)配料：將含Na化合物、含三價V化合物和含B化合物按Na:V:B為3:2:3的摩爾比加入50-100℃的去離子水中攪拌至形成均勻的溶液；2)將溶液轉移至100-150℃的烘箱中，研磨成粉轉移到瓷舟中，進行預處理；所述經(jīng)預處理的原料的預處理為將配置好的原料混合均勻后倒入瓷舟中，于馬弗爐中從室溫升溫至200-500℃加熱2-10小時以上，后冷卻至室溫；3)控制各項參數(shù)進行材料合成：將盛有上述配料的瓷舟置于通有惰性保護氣氛的管式爐中；以1-5℃的速率升至600-1000℃；保溫10-40小時；待反應充分后，以1-50℃/h的速率降至室溫，Na3V2(BO3)3化合物。6.一種權利要求1所述Na3V2(BO3)3化合物作為活性材料在鈉離子電池正極材料中的應用，其特征在于：所述鈉離子電池正極材料為Na3V2(BO3)3/C材料，C...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馮凱，張華民，張洪章，李先鋒，程意，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21