一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]釩氧化合物和釩酸鹽嵌鋰材料由于成本相對低廉，合成方法簡單，比容量高等特點成為了近年來研宄的熱點。釩酸銨納米材料作為一類重要的釩酸鹽，具有釩氧多面體構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，其中，NH4+位于釩氧多面體形成的層間，使其具有能嵌入金屬離子的開放結(jié)構(gòu)以及發(fā)生熱致相變的特性。因此，釩酸銨通常具有較好的電傳導(dǎo)性能，并有較高的理論比容量，有望成為一類新型的鋰離子電池電極材料。
[0003]目前制備NH4V3O8的方法主要有:沉淀法和水熱法。其中，水熱法是一種很有效的合成途徑。合成的形貌也有梭狀，花狀和帶狀等。但是沉淀法合成NH4V3O8S在反應(yīng)過程不易控制、有副反應(yīng)發(fā)生、產(chǎn)物純度低等缺點，水熱法合成NH4V3O8S在反應(yīng)溫度相對較高、反應(yīng)時間較長等缺點。并且釩酸銨由于其本身電導(dǎo)率小，導(dǎo)致其導(dǎo)電性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，按本發(fā)明的制備方法可以制備導(dǎo)電性能優(yōu)異、比容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定以及壽命長的生物碳/釩酸氨復(fù)合材料。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將生物質(zhì)預(yù)制體洗凈清除表面雜質(zhì)，剪碎得均勻塊狀A(yù) ;
[0008](2)將均勻塊狀A(yù)干燥得塊狀B ；
[0009](3)向塊狀B中加入濃硝酸后進行均相反應(yīng)，得反應(yīng)產(chǎn)物C ；
[0010](4)將反應(yīng)產(chǎn)物C抽濾烘干后進行碳化，得碳化產(chǎn)物D ；
[0011](5)將碳化產(chǎn)物D加乙醇浸泡，再用蒸餾水和乙醇洗滌后抽濾，然后干燥，得到多孔結(jié)構(gòu)的生物炭E ;
[0012](6)將偏釩酸銨溶解于去離子水中，制得濃度為0.10?0.30mol/L的順^03溶液F；
[0013](7)將NH4VO3S液F的pH值調(diào)節(jié)為0.5?2.0，向NH 4V03if液F中按照E: F為1:10?1:20的質(zhì)量比加入生物碳E，再將得到的混合物轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后，置于水熱感應(yīng)加熱儀中，以400?800KHz的感應(yīng)頻率由室溫升溫到160?220°C，并保溫10?30min，然后冷卻到60?80°C，保溫10?20min，得到懸浮液；
[0014](8)將懸浮液離心分離得到粉體產(chǎn)物，再將粉體產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇浸泡及洗滌，然后干燥、研磨，得到nh4v3o8/c納米復(fù)合物。
[0015]進一步地，步驟⑴中生物質(zhì)預(yù)制體為香蕉皮、蝦殼、梧桐樹葉、小麥秸桿或玉米稻桿中的一種。
[0016]進一步地，步驟(I)中均勻塊狀A(yù)的邊長尺寸為4?6mm。
[0017]進一步地，步驟⑵中將均勻塊狀A(yù)在室溫下干燥0.5?Ih得塊狀B。
[0018]進一步地，步驟(3)中濃硝酸的濃度為2?5mol.L'
[0019]進一步地，步驟(3)中均相反應(yīng)的條件為:以15°C/min的升溫速率升溫至150°C?180°C后保溫20?50min，然后自然冷卻到室溫。
[0020]進一步地，步驟(4)中將反應(yīng)產(chǎn)物C抽濾烘干后移入管式氣氛爐中碳化，所述管式氣氛爐通入氮氣，碳化的條件為:1min將管式氣氛爐升溫到50°C，75min升溫到600?800 °C后，并在此溫度下保溫60?180min。
[0021]進一步地，步驟(8)中將粉體產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇浸泡及洗滌的具體過程為:將粉體產(chǎn)物先用去離子水浸泡10?20min，然后用去離子水洗滌5?10次，再用無水乙醇浸泡10?20min，然后用無水乙醇洗滌5?10次。
[0022]進一步地，步驟(8)中的干燥溫度為80?110°C，時間為6?8h。
[0023]一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0024](I)將梧桐樹葉洗凈清除表面雜質(zhì)，剪碎得邊長尺寸為4mm的均勻塊狀A(yù) ;
[0025](2)將均勻塊狀A(yù)在室溫下干燥0.5h得塊狀B ；
[0026](3)向塊狀B中加入濃度為2mol.L—1的濃硝酸后，以15°C /min的升溫速率升溫至150 °C后保溫20min，然后自然冷卻到室溫，得反應(yīng)產(chǎn)物C ；
[0027](4)將反應(yīng)產(chǎn)物C抽濾烘干后移入管式氣氛爐中進行碳化，管式氣氛爐充滿氮氣，碳化的條件為:1min將管式氣氛爐升溫到50°C，75min升溫到600°C后保溫180min，得碳化產(chǎn)物D ；
[0028](5)將碳化產(chǎn)物D加乙醇浸泡，然后用蒸餾水洗滌三次再用乙醇洗滌三次后抽濾，然后干燥，得到多孔結(jié)構(gòu)的生物炭E ;
[0029](6)將偏釩酸銨溶解于去離子水中，制得濃度為0.20mol/L的冊14￥03溶液F ；
[0030](7)將NH4VO3溶液F的pH值調(diào)節(jié)為0.5，向NH 4V03溶液F中按照E:F為1:10的質(zhì)量比加入生物碳E，再將得到的混合物轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后，置于水熱感應(yīng)加熱儀中，以400KHz的感應(yīng)頻率由室溫升溫到160°C，并保溫lOmin，然后冷卻到60°C，保溫lOmin，得到懸浮液；
[0031](8)將懸浮液離心分離得到粉體產(chǎn)物，將粉體產(chǎn)物先用去離子水浸泡lOmin，然后用去離子水洗滌5次，再用無水乙醇浸泡lOmin，然后用無水乙醇洗滌5次，然后在80°C的溫度下干燥6h，再對干燥后的固體產(chǎn)物研磨，得到多孔片狀的NH4V308/C納米復(fù)合物，即為生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0033]本發(fā)明生物質(zhì)預(yù)制體制得生物炭，采用生物炭及偏釩酸銨制備生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料，由于生物碳具有較大的層間距，不僅可以為鋰離子的快速傳輸提供條件，增大材料的容量，還可以形成分子內(nèi)氫鍵，穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)，進而可以提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。另外生物炭為結(jié)構(gòu)疏松的有序多孔狀材料，具有較大的比表面積，可有效增加電極材料與電解液的接觸面積，進而可以顯著改善材料的導(dǎo)電性。本發(fā)明將生物碳優(yōu)異的導(dǎo)電性和釩酸氨高的比容量性有機地復(fù)合在了一起，制備出生物碳/釩酸銨復(fù)合材料，將變廢為寶的生物碳與具有高比容量/釩酸銨材料進行了復(fù)合，為電子的迀移提供了很好的通道，增加了電子的迀移速度，提高了材料的導(dǎo)電性，可以更好地實現(xiàn)快充快放。本發(fā)明選擇具有合成溫度低、周期短的水熱感應(yīng)法合成生物碳/釩酸銨復(fù)合材料，制得的生物碳/釩酸銨復(fù)合材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能(使得釩酸銨原有的的導(dǎo)電率獲得數(shù)量級的提升)，且比容量(將釩酸銨原有260mAh/g的比容量提升到350mAh/g)也得到了明顯提高，本發(fā)明制備方法簡單，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，且無需后續(xù)處理，對環(huán)境友好，可以適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明實施例1制備的鋰離子電池正極材料的X-射線衍射(XRD)圖譜；
[0035]圖2是本發(fā)明實施例1步驟(5)得到的生物碳的掃描電鏡(SEM)照片；
[0036]圖3是本發(fā)明實施例1制備的鋰離子電池正極材料的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0037]下面對本發(fā)明的實施方式做進一步詳細描述:
[0038]一種生物碳/釩酸銨鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0039](I)將生物質(zhì)預(yù)制體(生物質(zhì)預(yù)制體為香蕉皮、蝦殼、梧桐樹葉、小麥秸桿或玉米秸桿中的一種)洗凈清除表面雜質(zhì)，剪碎得邊長尺寸為4?6mm的均勻塊狀A(yù) ;
[0040](2)將均勻塊狀A(yù)在室溫下干燥0.5?Ih得塊狀B ；
[0041](3)向塊狀B中加入濃度為2?5mol.L—1的濃硝酸后進行均相反應(yīng)，均相反應(yīng)的條件為:以15 0C /min的升溫速率