CN112573572A - 一种钒氧酸镁纳米材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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吴晓燕
林琳
王敬锋
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Abstract

本发明提供一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法及其产品和应用，本发明提供一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法,偏钒酸盐和可溶性镁盐溶于去离子水；向上述溶液加入强酸，控制pH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，将溶液转入反应釜中，180～200℃反应18～24 h，自然冷至室温；第四步：将产物经过离心，60～80℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。本发明方法获得的产品具有较大的比表面积和较好的导电性，能够阻止电解液对材料的腐蚀发生副反应，进而可以提高材料的电化学性能。解决了在镁离子电池循环过程中比容量衰减相对较快电化学性能相对较差的问题。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。

Description

一种钒氧酸镁纳米材料的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明涉及一种镁离子电池材料的技术领域，具体为一种钒氧酸镁纳米材料的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着人类社会的发展，全球能源资源的短缺与人们对能源的需求量日益增加的矛盾越来越尖锐。开发具有高能量密度的电池体系成为当前电源***的主要目标。虽然具有比能量高和环境友好等特点的锂离子电池已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式移动电器，以及电动自行车和电动汽车的动力电源。但是由于锂离子电池的安全性一直没有好好的解决，锂离子电池作为动力电池的应用依然还存在很多工作要做。作为地球上储量最丰富的轻金属元素之一的镁，由于其良好的物化性能被广泛应用于很多领域。现在对于二次镁电池的研究很多，都是基于二次锂离子电池之上的。由于在元素周期表中镁和锂处于对角线位置，除了它们具有类似的原子半径和化学性质之外， 镁的熔点（648.8 ℃）比锂的熔点（180.5 ℃）要高的多，也没有锂的金属活动性强，所以安全性上二次镁电池要更好。虽然质量比容量没有锂（3862 mAh/g）那么高，但也相当可观(2205 mAh/g)。而且我国镁资源极其丰富， 镁价格上要远远低于锂,而且镁对环境友好，所以二次镁电池越来越受到人们的关注。
钒氧酸镁作为镁离子电池材料，该材料被认为是一种具有前途的镁离子电池材料。然而钒氧酸镁纳米材料在循环过程中容易发生团聚、结构坍塌和粉化，导致材料的电化学性能差，为此，我们提供了一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，来解决上述内容存在的问题。
发明内容
为克服钒氧酸镁纳米材料在循环过程中容易发生团聚、结构坍塌和粉化，导致材料的电化学性能差的不足，本发明目的在于提供一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的钒氧酸镁纳米片材料产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现，一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，包括如下步骤，
第一步：将6～12 mmol偏钒酸盐和1～2 mmol可溶性镁盐溶于去离子水中80℃磁力搅拌1～2 h至盐全部溶解，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A中加入2～8 mmol强酸，控制pH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，标记为溶液B；
第三步：将溶液B转入反应釜中，180～200℃反应18～24 h，自然冷至室温；
第四步：将产物经过离心，60～80℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。
在上述方案基础上，所述的偏钒酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠或偏钒酸钾中的一种或其组合。
所述的镁盐是氯化镁、溴化镁或硫酸镁中的一种或其组合。
所述的强酸是盐酸、氢溴酸或硫酸中的一种或其组合。
本发明还提供了一种钒氧酸镁纳米片材料，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明也提供了一种钒氧酸镁纳米片材料在制备镁电正极材料中的应用。
本发明方法获得的产品结构具有较大的比表面积和较好的导电性，能够阻止电解液对材料的腐蚀发生副反应，进而可以提高材料的电化学性能。在200 mA/g电流密度下平均放电比容量约为268 mAh/g左右；在400 mA/g电流密度下平均放电比容量约为277 mAh/g；在600 mA/g电流密度下平均放电比容量约为260 mAh/g；在800 mA/g电流密度下平均放电比容量约为217 mAh/g。解决了在镁离子电池循环过程中比容量衰减相对较快电化学性能相对较差的问题。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
附图说明
图1为实施例1 钒氧酸镁纳米片材料的倍率性能图；
图2为实施例2 钒氧酸镁纳米片材料的倍率性能图；
图3为实施例3 钒氧酸镁纳米片材料的倍率性能图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
一种钒氧酸镁纳米片材料，按如下步骤制备：
第一步：将6 mmol偏钒酸盐和1 mmol可溶性硫酸镁溶于去离子水中80℃磁力搅拌1 h至盐全部溶解，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A中加入2 mmol强酸硫酸，控制pH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，标记为溶液B；
第三步：将溶液B转入反应釜中，180℃反应24 h，自然冷至室温；
第四步：将产物经过离心， 80℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。
图1是钒氧酸镁纳米片材料不同倍率下的循环性能图。在200 mA/g电流密度下平均放电比容量约为320 mAh/g左右；在400 mA/g电流密度下平均放电比容量约为271 mAh/g；在600 mA/g电流密度下平均放电比容量约为233 mAh/g；在800 mA/g电流密度下平均放电比容量约为182 mAh/g。
实施例2
一种钒氧酸镁纳米片材料，与实施例步骤相近，按如下步骤制备：
第一步：将6 mmol偏钒酸钠和1 mmol可溶性氯化镁溶于去离子水中80 ℃磁力搅拌2 h至盐全部溶解，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A中加入4 mmol盐酸，控制PH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，标记为溶液B；
第三步：将溶液B转入反应釜中，200 ℃反应18 h，自然冷至室温；
第四步：将产物经过离心，80 ℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。
图2是钒氧酸镁纳米片材料不同倍率下的循环性能图。在200 mA/g电流密度下平均放电比容量约为273 mAh/g左右；在400 mA/g电流密度下平均放电比容量约为255 mAh/g；在600 mA/g电流密度下平均放电比容量约为214 mAh/g；在800 mA/g电流密度下平均放电比容量约为151 mAh/g。
实施例3
一种钒氧酸镁纳米片材料，与实施例步骤相近，按如下步骤制备：
第一步：将12 mmol偏钒酸钾和2 mmol可溶性溴化镁溶于去离子水中80 ℃磁力搅拌2 h至盐全部溶解，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A中加入4 mmol氢溴酸，控制PH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，标记为溶液B；
第三步：将溶液B转入反应釜中，200 ℃反应18 h，自然冷至室温；
第四步：将产物经过离心，80 ℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。
图3是钒氧酸镁纳米片材料不同倍率下的循环性能图。在200 mA/g电流密度下平均放电比容量约为268 mAh/g左右；在400 mA/g电流密度下平均放电比容量约为277 mAh/g；在600 mA/g电流密度下平均放电比容量约为260 mAh/g；在800 mA/g电流密度下平均放电比容量约为217 mAh/g。

Claims (6)

1.一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
第一步：将6～12 mmol偏钒酸盐和1～2 mmol可溶性镁盐溶于去离子水中80℃磁力搅拌1～2 h至盐全部溶解，标记为溶液A；
第二步：向上述溶液A中加入2～8 mmol强酸，控制pH在2.0左右，磁力搅拌至均匀，标记为溶液B；
第三步：将溶液B转入反应釜中，180～200℃反应18～24 h，自然冷至室温；
第四步：将产物经过离心，60～80℃烘箱干燥，得最终产物钒氧酸镁纳米片材料。
2.根据权利要求1所述的一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，其特征在于所述的偏钒酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠或偏钒酸钾中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，其特征在于所述的镁盐是氯化镁、溴化镁或硫酸镁中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的一种钒氧酸镁纳米片材料的制备方法，其特征在于所述的强酸是盐酸、氢溴酸或硫酸中的一种或其组合。
5.一种钒氧酸镁纳米片材料，其特征在于根据权利要求1-4任一所述方法制备得到。
6.一种根据权利要求5所述钒氧酸镁纳米片材料在制备镁电正极材料中的应用。
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