CN107425182A - 一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents
一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107425182A CN107425182A CN201710550877.1A CN201710550877A CN107425182A CN 107425182 A CN107425182 A CN 107425182A CN 201710550877 A CN201710550877 A CN 201710550877A CN 107425182 A CN107425182 A CN 107425182A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion battery
- ball milling
- battery negative
- magnesium ion
- perovskite oxide
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 7
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 2
- ZATZOOLBPDMARD-UHFFFAOYSA-N magnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg] ZATZOOLBPDMARD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 19
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N magnesium;dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 4
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N Li2O Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M dilithium;hydroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-] XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxonium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010951 particle size reduction Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
-
- 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
-
- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- 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
- 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
- H01M4/624—Electric conductive fillers
-
- 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
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法，其特征为：利用气流携带反应原料快速通过雾化的烧结助剂区域不均匀地粘附烧结助剂，然后在高温管式炉中一步连续获得产物并通过不均匀地粘附烧结助剂将产物颗粒部分粘结成为连续多孔形貌；这样的形貌有利于降低晶界阻力及电子迁移阻力；加快氧化还原反应的速率；还具有一定的结构刚性；从而形成高性能的镁离子电池负极材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿氧化物复合镁离子电池负极材料制造方法技术领域。
背景技术
锂离子二次电池具有体积、重量能量比高、电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、功率密度高等绝对优点，目前在全球移动电源市场有超过300亿美元/年份额并以超过10％的速度逐渐增长。特别是近年来，随着化石能源的逐渐枯竭，太阳能、风能、生物质能等新能源逐渐成为传统能源的替代方式，其中风能、太阳能具有间歇性，为满足持续的电力供应需要同时使用大量的储能电池；汽车尾气带来的城市空气质量问题日益严重，电动车(EV)或混合电动车(HEV)的大力倡导和发展已经到了刻不容缓的地步；这些需求提供了锂离子电池爆发式增长点，同时也对锂离子电池的性能提出了更高的要求。
锂离子电池正负极材料的容量的提高是科技人员研究的首要目标，高容量正负极材料的研发可以缓解目前锂离子电池组体积大、份量重、价格高难以满足高耗电及高功率设备需要的局面。然而自从1991年锂离子电池商业化以来，正极材料的实际比容量始终徘徊在100-180mAh/g之间，正极材料比容量低已经成为提升锂离子电池比能量的瓶颈。相较于正极，负极材料容量的提升空间还很大，如锡及锡合金材料、硅及硅合金材料、各类过渡金属氧化物[Md.Arafat Rahman，Guangsheng Song，Anand I.Bhatt，Yat Choy Wong，andCuie Wen，Nanostructured Silicon Anodes for High-Performance Lithium-IonBatteries，Adv.Funct.Mater.2016，26，647-678]等。但如若要兼顾材料的倍率性能、循环容量保持性能仍旧非常困难。其中主要原因有：1、电极材料在发生氧化还原反应时，同时要具有快速的锂离子嵌入脱嵌及电子传导，即同时具有良好的电子导电性和离子导电性，不少负极材料具有较高的锂离子扩散系数，然而却是电子绝缘体，也有的负极材料是良好的电子导体，然而锂离子扩散能力弱，从而使得电池的极化大幅度增加；2、不少电极材料在锂离子嵌入和脱嵌的过程中有较大的体积变化，从而造成电极材料颗粒的破碎及有效电极材料在循环过程中的损失，大的体积变化同时也带来充放电过程中材料晶格蜕变产生第二相而严重影响电池的性能。3、转化反应机理的锂电负极材料，反应产物锂化合物的电子绝缘性严重影响了材料的可逆性。
合金机理的锂电负极材料及转化反应机理的锂电负极材料因为存在多电子转移过程往往表现出较高的比容量，近年来金属氧化物、硫化物、磷化物、碳酸盐、氯化物作为典型的转化合金反应机理锂电负极材料逐渐受到了关注。与传统锂离子电池电极材料的工作原理有所不同，传统的锂离子电池正极和负极都存在锂离子可以嵌入或脱嵌的空间，而电解质中的锂离子在正极和负极之间来回嵌入和脱嵌而放电正如Armand等所提出的“摇椅”电池。而转换材以+2价金属氧化物为例，会发生类似如下的变化：
2Li++MeO+2e-→Li2O+Me0
而在转换反应后，还可能会发生多种形式的合金过程，比如：
Lim+Me0 n→LimMe0 n
在这两个过程中会释放出超过1000mAh.g-1的比容量，因而获得了材料研究人员高度的重视。然而如前所述，兼顾材料的倍率性能、循环容量保持性能仍旧非常困难。金属氧化物、硫化物、磷化物、碳酸盐、氯化物这些转换负极材料获得了较多的研究，这些转化合金型负极材料往往都是单金属化合物。另外，锂元素在地壳中的储量很低，稀缺的锂资源使得未来的锂离子电池成本不断上升。寻求一种可替代低成本的电化学储能器件成为亟待解决的问题。镁的电化学性质和锂相似，且地球储量丰富，是未来有望取代锂离子电池的最有希望的选择。
如锂离子转换材料一样，合金机理的镁离子电池负极材料也可能发生如下的电化学反应：
Mg2++MeO+2e-→MgO+Me0
Mgm+Me0 n→MgmMe0 n
而能释放出较大的比容量，然而总体上由于镁离子离子半径较大，电极电位低，在电极材料中的迁移速度慢，能量密度、功率密度等电池性能与锂离子电池相比仍然有很大差距。而且镁离子电池的负极候选材料少，目前对其研究也非常不够。
钙钛矿结构ABO3型氧化物近来在太阳能电池中获得了重要应用。其结构为A位为半径较大的阳离子，呈12配位结构，位于由八面体构成的空穴内；B位为过渡金属元素类的较小阳离子，与六个氧离子形成八面体配位。改变A、B位置的元素种类、A、B位置的元素被其他的同价态或异价态的原子部分替代都可能产生不同类型的晶格缺陷，从而可能成为具有不同功能性的功能材料。ABO3型氧化物在进行合金反应时，能与两种金属进行合金反应，其可能产生多种相态的合金固溶体，由于双金属的相互作用，也可能产生与单金属截然不同的电化学特性，因此ABO3型氧化物有可能成为一种高性能镁离子电池负极材料，其可能提供接近或超过300mAh.g-1的比容量，镁离子进入或脱出的材料体积变化也较小；然而该材料的在镁离子电池中的研究和开发基本处于空白。而其主要问题为：1、离子电导率及电子电导率较低；2、转换反应后的产物氧化镁是电子绝缘体而其镁离子扩散活化能也较高，造成较大的电化学极化；3、合成温度较高，容易造成晶粒的长大及团聚。
针对这些问题，改变材料的形貌在一定程度上能缓减这些问题，比如将材料的颗粒度降低到纳米的尺度能够减少镁离子扩散的途径，缩短镁离子的扩散时间从而提高材料的动力学性能；过小的粒度也容易引起颗粒之间电子导电的困难；同样颗粒之间的团聚或过大的颗粒容易引起电解液在颗粒之间的渗透困难，镁离子迁移速度慢等问题。
因此开发一种具有优异电化学性能的钙钛矿结构氧化物是钙钛矿结构氧化物作为二次镁离子电池负极材料的应用具有关键作用。
发明内容
本发明针对现有背景技术提出了一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法，其特征为：利用气流携带反应原料快速通过雾化的烧结助剂区域不均匀地粘附烧结助剂，然后在高温管式炉中一步连续获得产物并通过不均匀地粘附烧结助剂将产物颗粒部分粘结成为连续多孔形貌；这样的形貌有利于降低晶界阻力，提高镁离子在晶格中的运动能力；形成连续的电子迁移网络，降低电子迁移阻力；增加与电解液的接触面积，加快电解液与晶格中的镁离子迁移能力及氧化还原反应的速率；这样的结构还具有一定的结构刚性，为充放电过程中的材料体积变化形成缓冲从而形成高性能的镁离子电池负极材料。
这种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料，其制备方法为：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以200-400转/分钟的速度球磨10-20小时。将球磨后的物料用载气1送入如图1所示的合成装置中，载气1的流速为0.5-3.5m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.0-1.5mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为0.5-3.5L·min-1的载气2从下方携带至雾滴区域；载气1带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为2-5米，温度恒定在900-1200℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以2-10℃/分钟的速度升温到800-900℃并在此温度下保持2-5小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
上述的载气1为空气、氮气中的一种；载气2为体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用气流携带反应原料快速通过雾化的烧结助剂区域不均匀地粘附烧结助剂，然后在高温管式炉中一步连续获得产物并通过不均匀地粘附烧结助剂将产物颗粒部分粘结成为连续多孔形貌；这样的形貌有利于降低晶界阻力，提高镁离子在晶格中的运动能力；形成连续的电子迁移网络，降低电子迁移阻力；增加与电解液的接触面积，加快电解液与晶格中的镁离子迁移能力及氧化还原反应的速率；这样的结构还具有一定的结构刚性，为充放电过程中的材料体积变化形成缓冲从而形成高性能的镁离子电池负极材料。
附图说明
图1合成装置示意图。
图2该材料的前10次循环的充电容量、放电容量和充放电效率图，电压区间0.1V-3.0V，充放电电流0.5C。
具体实施方式
以下结合实施实例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以200转/分钟的速度球磨11小时。将球磨后的物料用空气送入如图1所示的合成装置中，空气的流速为0.5m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.0mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为0.5L·min-1的体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体从下方携带至雾滴区域；空气带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为3米，温度恒定在900℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以2℃/分钟的速度升温到800℃并在此温度下保持2小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
实施例2：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以400转/分钟的速度球磨19小时。将球磨后的物料用空气送入如图1所示的合成装置中，空气的流速为3.5m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.5mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为3.5L·min-1的体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体从下方携带至雾滴区域；空气带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为5米，温度恒定在1200℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以10℃/分钟的速度升温到900℃并在此温度下保持5小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
实施例3：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以300转/分钟的速度球磨15小时。将球磨后的物料用氮气送入如图1所示的合成装置中，氮气的流速为3.0m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.2mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为2.5L·min-1的体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体从下方携带至雾滴区域；氮气带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为4米，温度恒定在1100℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以8℃/分钟的速度升温到850℃并在此温度下保持4小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
实施例4：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以400转/分钟的速度球磨15小时。将球磨后的物料用氮气送入如图1所示的合成装置中，氮气的流速为3.5m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.2mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为3.0L·min-1的体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体从下方携带至雾滴区域；氮气带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为5米，温度恒定在1200℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以10C/分钟的速度升温到900℃并在此温度下保持5小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
实施例5：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以300转/分钟的速度球磨10小时。将球磨后的物料用空气送入如图1所示的合成装置中，空气的流速为2.5m3·min-1；该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.1mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生大量雾滴并由流速为0.5L·min-1的体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体从下方携带至雾滴区域；空气带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为2米，温度恒定在900℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以10℃/分钟的速度升温到800℃并在此温度下保持2小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
Claims (2)
1.一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料的制备方法，其特征为：将六水合硝酸镁、五氧化二钽按照物质的量比1∶0.5的比例放入球磨机中，球磨子与物料的质量比为20∶1，以200-400转/分钟的速度球磨10-20小时；将球磨后的物料用载气1以0.5-3.5m3·min-1的流速送入合成装置中，该合成装置由超声雾化器、雾滴区域、管式炉和旋风分离器四部分组成；与此同时，启动超声雾化器中浸入在1.0-1.5mol·L-1硝酸钾水溶液中功率为250W的浸入式超声换能器，产生雾滴并由流速为0.5-3.5L·min-1的载气2从下方携带至雾滴区域；载气1带着球磨后的物料通过雾滴区域后穿过一长度为2-5米，温度恒定在900-1200℃的管式炉中并进入旋风分离器中并从下方收集物料；从旋风分离器中收集到的物料在体积比为45∶55的氧气和氩气气氛中以2-10℃/分钟的速度升温到800-900℃并在此温度下保持2-5小时制得该一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料。
2.如权利要求1所述的一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料的制备方法，其特征为：上述的载气1为空气、氮气中的一种；载气2为体积比为20∶80的氧气和氩气混合气体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710550877.1A CN107425182A (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710550877.1A CN107425182A (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107425182A true CN107425182A (zh) | 2017-12-01 |
Family
ID=60426966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710550877.1A Withdrawn CN107425182A (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107425182A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05330827A (ja) * | 1991-12-06 | 1993-12-14 | Rhone Poulenc Chim | タンタル又はニオブを基材とするペロブスカイト及びそれらの製造法 |
| CN102534546A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 燕山大学 | 一种玻璃基底上钙钛矿型纳米晶薄膜的制备方法 |
-
2017
- 2017-06-29 CN CN201710550877.1A patent/CN107425182A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05330827A (ja) * | 1991-12-06 | 1993-12-14 | Rhone Poulenc Chim | タンタル又はニオブを基材とするペロブスカイト及びそれらの製造法 |
| CN102534546A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 燕山大学 | 一种玻璃基底上钙钛矿型纳米晶薄膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 田洋: ""熔融盐法制备无机功能纳米材料"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102903898B (zh) | 一种石墨与过渡金属氧化物复合负极材料及其制备方法 | |
| CN106542567A (zh) | 一种锂离子电池负极材料用纳米ZnO的制备方法 | |
| CN104150542B (zh) | 一种Cu2+,Co2+,Ag+掺杂氟化铁复合正极材料及制备方法 | |
| CN100391034C (zh) | 一种锂电池电极材料Li2S/Co纳米复合薄膜及其制备方法 | |
| CN107364894B (zh) | 一种一步合成钙钛矿镁离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107285383B (zh) | 一种一步合成双钙钛矿钾离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107394196A (zh) | 一种一步合成钙钛矿锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN102340042B (zh) | 一种太阳能光伏电池 | |
| CN107394189A (zh) | 一种一步合成双钙钛矿镁离子电池负极材料及制备方法 | |
| CN107381640B (zh) | 一种一步合成钙钛矿氧化物NaTaO3钠离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107403924A (zh) | 一种一步合成双钙钛矿钠离子电池负极材料及制备方法 | |
| CN107293740A (zh) | 一种钾离子电池负极材料KNaNb0.8Co0.1Ag0.1TiO6及其制备方法 | |
| CN107425182A (zh) | 一种一步合成钙钛矿氧化物MgTaO3镁离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107381638B (zh) | 一种电场调控选择结晶合成的钙钛矿MgNbO3镁离子电池负极材料 | |
| CN107293739A (zh) | 一种一步合成双钙钛矿锂离子电池负极材料及制备方法 | |
| CN107293741A (zh) | 一种连续电子离子快速导电双钙钛矿镁离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN104150543B (zh) | 一种Cu2+,Ce4+,Ag+掺杂氟化铁复合正极材料及制备方法 | |
| CN107364886A (zh) | 一种一步合成钙钛矿氧化物KTaO3钾离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107293745A (zh) | 一种模板合成多金属离子掺杂双钙钛矿氧化物锂电池负极材料及制备方法 | |
| CN107342415A (zh) | 一种一步合成钙钛矿Li0.5Nd0.5MoO3锂电池负极材料及制备方法 | |
| CN114725549B (zh) | 锂金属电池的充电方法及充电装置 | |
| CN114552032B (zh) | 一种锂离子储能器件正极预锂化添加剂的制作和使用方法 | |
| CN107352584B (zh) | 一种电场调控选择结晶合成的钙钛矿钠离子电池负极材料 | |
| CN109659523A (zh) | 一种用矿物质制备锂离子电池负极活性材料的方法 | |
| CN107352583B (zh) | 一种电场调控选择结晶合成的双钙钛矿镁离子电池负极材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20171201 |