CN104638228A - 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用 - Google Patents

同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104638228A
CN104638228A CN201510057889.1A CN201510057889A CN104638228A CN 104638228 A CN104638228 A CN 104638228A CN 201510057889 A CN201510057889 A CN 201510057889A CN 104638228 A CN104638228 A CN 104638228A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vanadium phosphate
phosphate potassium
solution
nano wire
coaxial
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.)
Granted
Application number
CN201510057889.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104638228B (zh
Inventor
麦立强
王选朋
孟甲申
牛朝江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Guoxin New Material Co.,Ltd.
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201510057889.1A priority Critical patent/CN104638228B/zh
Publication of CN104638228A publication Critical patent/CN104638228A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104638228B publication Critical patent/CN104638228B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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

Abstract

本发明涉及同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料及其制备方法，该材料可作为钠离子电池正极活性材料，由石墨化薄碳层包覆磷酸钒钾纳米线形成，长度为10-40微米，直径为250-350纳米，其中石墨化薄碳层的厚度为6-12纳米，轴心由多根磷酸钒钾纳米线搭接形成。本发明的有益效果是：作为钠离子电池正极材料活性物质，表现出良好的循环稳定性和较高的倍率性能，在大电流充放电条件下电化学稳定性能优异；其次，本发明工艺简单，通过简单溶液烘干和煅烧处理后即同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线材料，能耗较低。

Description

同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料及其制备方法，该材料可作为钠离子电池正极活性材料。
背景技术
随着生产力的发展及人口的急剧增长，21世纪对能源的消耗也越来越大，石油、煤炭和天然气等不可再生资源的枯竭，迫切要求寻找可再生资源来填补能源空缺，同时要求可再生资源的可持续性、连续性，以便于其在各个领域中的广泛应用。在现有的石化能源***中，石油和煤碳资源不仅不可再生，且在使用消耗过程中还会产生大量的CO2、SO2等有害物质，给人类社会带来温室效应、酸雨等严重的环境问题。这就促使人们更加重视建立新型的、有效的能源供应体系，在保证经济的可持续增长的同时不破环人们赖以生存的环境。其中，开发新能源和可再生清洁能源是当前解决这一问题最有效的方法，是21世纪必须解决的关键技术之一，新能源材料则是实现新能源的开发和利用，并支撑它发展的基础和核心。在众多的新型能源体系中，如风能、太阳能、生物质能等，其都具备不连续的特性，若要将其有效的并入电网***，那么能源的转换和存储装置是不可缺少的。
钠离子电池，是一种新型的能源存储的装置，与锂离子电池相比，在满足基本的能源存储要求之外，它具有地球资源存储丰富、成本低等特点，这进一步呼应了低碳、环保、可持续发展战略。目前，主要有层状过渡金属氧化物、层状结构单质、磷酸盐体系等被用作其电极材料。随着研究的深入，逐渐发现磷酸盐体系电极材料不仅成本低，而且具有很好的储钠性能，是一类较好的钠离子电池正极电极材料。但磷酸盐材料由于磷酸根的诱导作用导致其导电性较差，使其徒有高容量却很难完全发挥出来，就需要我们通过导电物质的原位包覆，以提高其电子导电率，改善其电化学性能。磷酸钒锂和磷酸钒钠分别作为锂离子和钠离子电池的电极材料已经被广泛研究，且磷酸钒钾与两者具有相近的比例及结构，且由于钾离子的嵌入，直接增大了该材料的离子扩散通道，因此理论上其作为钠离子电池正极电极材料应具有较大的潜力。通过简单的化学计量比混合，及有机酸辅助干燥，并后期原位碳化的过程得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料，其介表层的石墨化碳层在提高磷酸钒钾的导电性的同时，又为其提供了一个较为稳定的骨架，来抑制其在电化学过程中的结构劣化。目前，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料的其制备方法，其制备过程简单，能耗较低，产率较高，所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料作为钠离子电池正极材料具有良好的电化学性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线的制备方法，包括如下步骤：
1)将NH4VO3粉末分散在去离子水中得到浑浊溶液，加入氢氧化钾，室温下搅拌至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入H3PO4，搅拌至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入碳源，强烈搅拌至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后进行干燥；
5)将步骤4)所得产物，直接烘烤，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在空气条件下煅烧；
7)将步骤6)所得产物再移到氩气条件下煅烧，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
按上述方案，所述的NH4VO3、KOH和H3PO4的摩尔比为2:3:3；步骤1)所述的溶液中K+离子浓度为3/8-3/16mol/L。
按上述方案，步骤3)所述的碳源为水溶性有机酸。
按上述方案，所述的水溶性有机酸为草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸和抗坏血酸中的任意一种或它们的混合。
按上述方案，步骤4)所述的干燥温度为60-90℃，干燥时间为8-12小时；步骤5)所述的烘烤温度为120-200℃，恒温时间18-24小时；步骤6)所述的煅烧温度为200-400℃，煅烧时间为2-6小时；步骤7)所述的煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为8-12小时。
一种同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线，由石墨化薄碳层包覆磷酸钒钾纳米线形成，长度为10-40微米，直径为250-350纳米，其中石墨化薄碳层的厚度为6-12纳米，轴心由多根磷酸钒钾纳米线搭接形成。
所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线纳米材料作为钠离子电池正极活性材料的应用。
本发明结合溶液烘干-有机酸导向组装和气氛煅烧的方法，通过控制有机酸导向剂的含量以及其在混合体系中与络合离子团的比例，让两者之间进行静电配位平衡，导向组装成纳米先前躯体，然后通过烧结碳化原位包覆，最终得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料。结果显示，该方法制备的束状纳米材料形貌均一，外表石墨化碳层包覆均匀。纳米线结构可以有效缩短电解液中钠离子的扩散距离，提供连续的离子转移通道。而石墨化薄碳层可以大幅提高材料的导电性，且可以起到缓冲作用，可以提供活性材料在钠离子嵌入和脱出过程中体积膨胀和收缩所需的空间，防止各个纳米线之间发生自团聚，电解液可通过薄碳层渗透到磷酸钒钾纳米线表面，还可以减少活性物质的溶解。因此，本发明提供的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料制备工艺简单高效，避免了使用水热等较为苛刻的实验条件，在降低其合成成本的同时，大幅提高了钠离子电池的电化学性能，同时提高了其循环稳定性和倍率性能，解决磷酸盐体系正极材料导电性太差、易团聚等缺点,使其电化学性能很好的发挥出来，在钠离子电池应用领域有巨大的发展潜力。
本发明的有益效果是：作为钠离子电池正极材料活性物质，表现出良好的循环稳定性和较高的倍率性能，在大电流充放电条件下电化学稳定性能优异；其次，本发明工艺简单，通过简单溶液烘干和煅烧处理后即同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线材料，能耗较低。所得到的同轴结构中的石墨化碳的质量占原料总质量的6.0-8.0％，有利于市场化推广。作为钠离子电池正极材料，在100mA/g的电流密度下，其放电比容量为118.6mAh/g，在1000和2000mA/g的高电流密度下，其循环2000次后，容量保持率分别高达99.0％和96.0％。该结果表明同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料具有优异的循环性能和较为优异的倍率特性，是钠离子电池的潜在应用材料。
附图说明
图1是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的XRD图；
图2是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的拉曼光谱图；
图3是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的TG图；
图4是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的FT-IR图；
图5是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线的SEM图；
图6是本发明实施例2所得的磷酸钒钾块体的SEM图；
图7是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线的元素分布图；
图8是本发明实施例2所得的磷酸钒钾块体材料元素分布图；
图9是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线材料的TEM图；
图10是本发明实施例1所得的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线材料的HRTEM图；
图11是本发明实施例1的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线材料的合成过程图；
图12是本发明实施例1的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的倍率性能图；
图13是本发明实施例1的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的循环伏安曲线图；
图14是本发明实施例1的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的低倍率循环性能图；
图15是本发明实施例1的同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线和实施例2所得的磷酸钒钾块体材料的高倍率循环性能图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料的制备方法，它包括如下步骤：
1)将5.0mmol NH4VO3粉末分散在20mL去离子水中得到浑浊溶液，加入7.5mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-20分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入7.5mmol H3PO4，搅拌10-25分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入6.0g草酸，强烈搅拌6小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥12小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤24小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在300℃空气条件下煅烧4小时；
7)将步骤6)所得产物再移到800℃氩气条件下煅烧10小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
实施例2：
1)将5.0mmol NH4VO3粉末分散在20mL去离子水中得到浑浊溶液，加入7.5mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-20分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入7.5mmol H3PO4，搅拌10-25分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入2.0g草酸，80℃下强烈搅拌12小时，至溶液变为深蓝色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥12小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤20小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在300℃空气条件下煅烧5小时；
7)将步骤6)所得产物再移到800℃氩气条件下煅烧12小时，得到磷酸钒钾块体。
以本实验实施例1发明的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线与实施例2得到的磷酸钒钾块体为例，经过X-射线衍射仪确定，如图1所示，X-射线衍射图谱(XRD)表明，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体的峰位一致，产物具有较高的结晶性。如图2所示,拉曼分析显示出同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体中的碳均为石墨化的碳。如图3所示，热重分析说明同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体中的碳含量分别为6.0％和8.0％。如图4所示，FT-IR测试结果显示同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体具有相同的价键结构。如图5所示，场发射扫描电镜(FESEM)测试表明，样品形貌均一，纳米线成束状分散性良好。同轴纳米线长度为10-20微米，直径为250-350纳米。如图6所示，磷酸钒钾块体材料的形貌较为混乱，颗粒尺寸较大。如图7，8所示，石墨化碳层包覆磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体上K、V、P、O和C，几种元素分布都很均匀。如图9所示，透射电镜(TEM)更加清晰地显示出同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线的具体结构，其由石墨化碳层包覆磷酸钒钾纳米线形成，其中包覆碳层的厚度约为8纳米，轴心的纳米线是由单晶组成的多晶。如图10所示，在高倍率透射电镜(HRTEM)下可以发现明显晶格条纹，晶格间距约为0.5nm。如表格1所示，电感耦合等离子体测试结果表明，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体中K、V和P的元素摩尔比例十分接近3：2：3。如图11所示，本发明的合成机理是：采用溶液烘干的方法，过量的二水合草酸电离成C2O4 2-，其起到导向剂的作用，使得磷酸钒钾前驱体络合离子团组装成有序的纳米线排列，通过后期空气中预烧和氩气中煅烧，使得内部磷酸钒钾络合离子团结晶形成纳米线，外部C2O4 2-发生碳化形成碳包覆层，最终得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料。
同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料作为钠离子电池正极活性材料，钠离子电池的组装方法其余步骤与通常的制备方法相同。钠离子电池的组装方法如下，采用同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线作为活性材料，乙炔黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比为70:20:10；将它们按比例充分混合后，加入少量异丙醇，研磨均匀，在对辊机上压约0.5mm厚的电极片；压好的正极片置于80℃的烘箱干燥24小时后备用。以浓度为1mol/cm3NaClO4溶液作为电解液，其溶剂为质量比为1：1混合的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，以金属钠片为负极，在1.5-4.0V之间进行电化学性能测试。
如图12所示，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线材料具有优异的倍率性能，其在100mA/g的电流密度下，初始容量是磷酸钒钾块体的1.8倍。经过连续的倍率测试后，其倍率恢复率接近99％。
如图13所示，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体材料具有相近的CV曲线，在充放电过程中仅有两对微弱的的氧化还原峰，这两对缝分别为1.52/3.47、1.73/3.64V。
如图14所示，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线和磷酸钒钾块体材料在恒直流充放电时，以同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，100mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达118.6mAh/g，100次循环后容量保持率达99.4％。而磷酸钒钾块体材料为例，100mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量为109.1mAh/g，100次循环后为容量保持率达56.2％。以同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，200mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，600次循环后其容量为磷酸钒钾块体的2倍。以同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，500mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，1000次循环后其容量保持率为93％，而磷酸钒钾块体在此电流密度下循环300次后仅保留有初始容量的59.6％。
如图15所示，同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线在更高的电流密度1000、2000mA/g下，分别经过2000次循环后，其容量保持率分别高达99.0％和96.0％，单圈衰减率分别为0.0053％和0.0023％。
表1实施例1所得同轴碳包覆磷酸钒钾束状纳米线和实施例2所得磷酸钒钾块体的ICP测试结果
实施例3：
1)将10.0mmol NH4VO3粉末分散在50mL去离子水中得到浑浊溶液，加入15.0mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌20-30分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入15.0mmol H3PO4，搅拌35-55分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入4.0g苹果酸，强烈搅拌12小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥15小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤24小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在300℃空气条件下煅烧6小时；
7)将步骤6)所得产物再移到900℃氩气条件下煅烧8小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
以本实施例所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，200mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达91.2mAh/g，100次循环后为容量保持率达92.3％。
实施例4：
1)将5.0mmol NH4VO3粉末分散在40mL去离子水中得到浑浊溶液，加入7.5mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-20分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入7.5mmol H3PO4，搅拌15-25分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入6.0抗坏血酸，强烈搅拌12小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到直径为15cm的玻璃培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥10小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤24小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在300℃空气条件下煅烧4小时；
7)将步骤6)所得产物再移到700℃氩气条件下煅烧10小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
以本实施例所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，500mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达72.9mA/g，1000次循环后容量保持率达95.0％。
实施例5：
1)将7.5mmol NH4VO3粉末分散在40mL去离子水中得到浑浊溶液，加入11.25mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-25分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入11.25mmol H3PO4，搅拌15-35分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入8.0g酒石酸，强烈搅拌10小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥10小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤24小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在300℃空气条件下煅烧2小时；
7)将步骤6)所得产物再移到800℃氩气条件下煅烧10小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
以本实施例所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，100mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达116.8mAh/g，100次循环后为容量保持率达88.2％。
实施例6：
1)将5.0mmol NH4VO3粉末分散在40mL去离子水中得到浑浊溶液，加入7.5mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-25分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入7.5mmol H3PO4，搅拌15-35分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入2.0g草酸和3.0g苹果酸，强烈搅拌10小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥10小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到160℃的恒温环境中烘烤18小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在350℃空气条件下煅烧5小时；
7)将步骤6)所得产物再移到800℃氩气条件下煅烧12小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
以本实施例所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，100mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达113.9mAh/g，100次循环后容量保持率达96.7％。
实施例7：
1)将5.0mmol NH4VO3粉末分散在50mL去离子水中得到浑浊溶液，加入7.5mmol固体氢氧化钾，室温下搅拌10-25分钟，至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入7.5mmol H3PO4，搅拌15-35分钟至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入2.0g草酸、2.0g苹果酸、2.0g抗坏血酸和2.0g酒石酸，强烈搅拌6小时，至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到直径为15cm的玻璃培养皿中，然后放到60℃的恒温条件下干燥10小时；
5)将步骤4)所得产物，直接放到180℃的恒温环境中烘烤20小时，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在500℃空气条件下煅烧2小时；
7)将步骤6)所得产物再移到800℃氩气条件下煅烧9小时，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
以本实施例所得的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线为例，100mA/g下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达115.9mAh/g，100次循环后容量保持率达98.4％。

Claims (7)

1.同轴碳包覆磷酸钒钾纳米线的制备方法，包括如下步骤：
1)将NH4VO3粉末分散在去离子水中得到浑浊溶液，加入氢氧化钾，室温下搅拌至溶液变为澄清透明；
2)向步骤1)所得溶液中按比例加入H3PO4，搅拌至溶液变为棕红色；
3)再向步骤2)所得溶液中加入碳源，强烈搅拌至溶液变为黄绿色；
4)将步骤3)所得的溶液转移到培养皿中，然后进行干燥；
5)将步骤4)所得产物，直接烘烤，得到疏松的黄绿色固体；
6)将步骤5)所得产物研磨，然后在空气条件下煅烧；
7)将步骤6)所得产物再移到氩气条件下煅烧，得到同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线。
2.根据权利要求1所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线的制备方法，其特征在于：所述的NH4VO3、KOH和H3PO4的摩尔比为2:3:3；步骤1)所述的溶液中K+离子浓度为3/8-3/16mol/L。
3.根据权利要求1所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的碳源为水溶性有机酸。
4.根据权利要求3所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线的制备方法，其特征在于：所述的水溶性有机酸为草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸和抗坏血酸中的任意一种或它们的混合。
5.根据权利要求1所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线的制备方法，其特征在于：步骤4)所述的干燥温度为60-90℃，干燥时间为8-12小时；步骤5)所述的烘烤温度为120-200℃，恒温时间18-24小时；步骤6)所述的煅烧温度为200-400℃，煅烧时间为2-6小时；步骤7)所述的煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为8-12小时。
6.一种由权利要求1-5任意制备方法所得同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线，由石墨化薄碳层包覆磷酸钒钾纳米线形成，长度为10-40微米，直径为250-350纳米，其中石墨化薄碳层的厚度为6-12纳米，轴心由多根磷酸钒钾纳米线搭接形成。
7.权利要求6所述的同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线纳米材料作为钠离子电池正极活性材料的应用。
CN201510057889.1A 2015-02-04 2015-02-04 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用 Active CN104638228B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510057889.1A CN104638228B (zh) 2015-02-04 2015-02-04 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510057889.1A CN104638228B (zh) 2015-02-04 2015-02-04 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104638228A true CN104638228A (zh) 2015-05-20
CN104638228B CN104638228B (zh) 2017-03-22

Family

ID=53216728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510057889.1A Active CN104638228B (zh) 2015-02-04 2015-02-04 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104638228B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105680041A (zh) * 2016-01-18 2016-06-15 武汉理工大学 三维Na3V2(PO4)3纳米线网络电极材料及其制备方法和应用
CN106684353A (zh) * 2016-12-27 2017-05-17 深圳市川马电子股份有限公司 碳包覆的磷酸钒钾的制备方法及其应用
CN106887579A (zh) * 2017-04-07 2017-06-23 武汉理工大学 碳包覆的磷酸钛钾纳米颗粒及其制备方法和应用
CN112038605A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 洛阳理工学院 碳包覆花形磷酸钛钾微纳分级结构复合物及其制备方法
CN112201786A (zh) * 2020-08-12 2021-01-08 中南大学 以钒为基底的磷酸钾金属盐有机化合物正极材料及其制备方法技术领域

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102509804A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 东莞市迈科科技有限公司 一种锂离子电池Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备方法
CN102664263A (zh) * 2012-05-24 2012-09-12 陕西科技大学 锂离子电池正极材料碳包覆柱状磷酸钒锂的制备方法
CN103545518A (zh) * 2013-11-01 2014-01-29 武汉理工大学 磷酸钒锂/碳异质介孔纳米线材料及其制备方法和应用
CN103647041A (zh) * 2013-12-10 2014-03-19 浙江大学 一种碳包覆四氧化三铁纳米线及其制备方法和其在制备锂离子电池中的应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102509804A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 东莞市迈科科技有限公司 一种锂离子电池Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备方法
CN102664263A (zh) * 2012-05-24 2012-09-12 陕西科技大学 锂离子电池正极材料碳包覆柱状磷酸钒锂的制备方法
CN103545518A (zh) * 2013-11-01 2014-01-29 武汉理工大学 磷酸钒锂/碳异质介孔纳米线材料及其制备方法和应用
CN103647041A (zh) * 2013-12-10 2014-03-19 浙江大学 一种碳包覆四氧化三铁纳米线及其制备方法和其在制备锂离子电池中的应用

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105680041A (zh) * 2016-01-18 2016-06-15 武汉理工大学 三维Na3V2(PO4)3纳米线网络电极材料及其制备方法和应用
CN105680041B (zh) * 2016-01-18 2017-12-29 武汉理工大学 三维Na3V2(PO4)3纳米线网络电极材料及其制备方法和应用
CN106684353A (zh) * 2016-12-27 2017-05-17 深圳市川马电子股份有限公司 碳包覆的磷酸钒钾的制备方法及其应用
CN106887579A (zh) * 2017-04-07 2017-06-23 武汉理工大学 碳包覆的磷酸钛钾纳米颗粒及其制备方法和应用
CN112201786A (zh) * 2020-08-12 2021-01-08 中南大学 以钒为基底的磷酸钾金属盐有机化合物正极材料及其制备方法技术领域
CN112038605A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 洛阳理工学院 碳包覆花形磷酸钛钾微纳分级结构复合物及其制备方法
CN112038605B (zh) * 2020-09-04 2021-06-08 洛阳理工学院 碳包覆花形磷酸钛钾微纳分级结构复合物及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104638228B (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105789584B (zh) 一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用
CN109742360B (zh) 一种具有高容量硒化钼-小球藻衍生碳少层复合物电池负极材料制备
Xu et al. MOF-derived hollow Co (Ni) Se2/N-doped carbon composite material for preparation of sodium ion battery anode
CN108321369B (zh) 一种可用于锂硫电池的大孔碳/氧化锌/硫复合材料及其制备方法与应用
Su et al. 3D pollen-scaffolded NiSe composite encapsulated by MOF-derived carbon shell as a high-low temperature anode for Na-ion storage
CN108598394B (zh) 碳包覆磷酸钛锰钠微米球及其制备方法和应用
CN109167035A (zh) 碳包覆的硫化亚铁负极材料、制备方法及其制备的钠离子电池
CN110247037B (zh) 一种氟磷酸钒氧钠/石墨烯复合物的制备方法和用途
CN104638228B (zh) 同轴碳包覆束状磷酸钒钾纳米线及其制备方法和应用
CN108878826B (zh) 一种锰酸钠/石墨烯复合电极材料及其制备方法和应用
CN113948681B (zh) 一种生物质基硬碳化合物复合材料及其制备方法和用途
CN103956483A (zh) 钴酸锌/氧化镍核壳纳米线阵列的制备方法和应用
CN112928255A (zh) 一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法与应用
CN103606672A (zh) 棒状纳米氧化铁电极材料及其制备方法和应用
CN108862235A (zh) 一种可用于钠离子电池负极的纤维状中空硬碳材料及其制备方法
CN103346317A (zh) 复合掺杂及包覆型锂离子电池正极材料LiFePO4及其制备方法
CN106887575A (zh) 一种钴酸锌/石墨烯复合负极材料及其制备方法和锂离子电池
CN103996836B (zh) 一种合金化硅基负极材料的制备方法及应用
CN111564610B (zh) 一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒及其制备方法和应用
CN105206832B (zh) 一种锌负极材料的烧结制备方法
CN115057485A (zh) 一种非金属硼掺杂的层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN104269520A (zh) 以石墨烯为载体的Li2FeTiO4-G复合正极材料及其制备方法
CN107946564A (zh) 富钠锰基Na4Mn2O5/Na0.7MnO2复合材料及其制备方法和应用
CN105514375A (zh) 一种碳包覆Na0.55Mn2O4·1.5H2O纳米复合材料及其制备方法
CN110649263A (zh) 镍离子电池磷酸钒锂正极材料及溶胶凝胶制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220415

Address after: 230022 room 803, building 12, Tianhui zichenge, intersection of Xizang Road and Hangzhou Road, Baohe District, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: Anhui Guoxin New Material Co.,Ltd.

Address before: 430070 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoshi Road No. 122

Patentee before: WUHAN University OF TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right