[发明专利]利用失效的钒电池电解液制取NaV6O15钠离子电池电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用失效的钒电池电解液制取NaV₆O₁₅钠离子电池电极材料的方法，属于钠离子电池技术领域，包括以下步骤：(1)取失效的钒电池电解液，通入钒电池正极中充电预氧化，得到五价钒离子的电解液；(2)调节五价电解液的pH≤0；(3)将表面活性剂加入步骤(2)所得电解液中，于100～120℃下反应完全后，冷却、洗涤、干燥，得到NaV₆O₁₅。本发明以失效的钒电池电解液为原料，实现了资源回收再利用；并且在制备NaV₆O₁₅过程中不需要额外的制备前驱体，工艺方法简单、成本低、易于推广应用；同时本发明制备得到的NaV₆O₁₅纯度高、均一性好、粒径小，可以作为性能优异的钠离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种利用失效的钒电池电解液制取NaV₆O₁₅钠离子电池电极材料的方法。

背景技术

锂离子因为单位体积比能量高，自放电小，循环性能优异等优点被广泛的应用于各行各业，尤其是作为电子产品的便携式电源以及电动车动力电池，但随着锂离子电池的大规模应用，可用于开发的锂资源日渐枯竭，可以预见在不久的将来人类将会因为锂矿资源枯竭而不能再继续使用锂离子电池，因此急需寻求一种可替代电池。锂和钠在元素周期表中属于同一族，性质相近，所以越来越多的学者将研究方向转向钠离子电池。目前以研究钠离子电池的正极材料为主，而NaV₆O₁₅作为钠离子电池的一种正极材料，具有能量密度高，充放电循环性能好等优点。因此，如何快速有效的制备出高性能的NaV₆O₁₅电极材料，具有广阔的前景和应用价值。

目前制备这种电极材料的方法主要有固相法、水热法、燃烧法等。较固相法，燃烧法等方法，水热法制备的材料均一性好，产物粒径小，且不容易发生团聚，但水热法对于原料要求较高，产品的性能很大程度上取决于原料的性质，目前其原料主要是以钒的氧化物为原料，制备过程往往包括了原料分散、前驱体制备、热处理等多个环节，存在着工艺复杂、流程长、能耗大、成本高的问题。

CN1624211A公开了一种三元NaV₆O₁₅单晶纳米针的大规模原位制备方法，该方法以V₂O₅粉术和聚苯乙烯间断马来酸钠盐为原材料，HF为催化剂，在120～200℃水热处理5～ 48小时后，分离产物，并分别用馏蒸水和无水乙醇洗涤，最后真空干燥即得到所需的三元NaV₆O₁₅单晶纳米针。该方法涉及多种试剂、工艺流程长、反应时间长。CN105680029A公开了一种钠离子正极材料及制备方法，该方法提出由质量比NH₄VO₃：NaCl：表面活性剂：去离子水＝1：(1.5～2.5)：(0.1～0.3)：100的NH₄VO₃、NaCl、表面活性剂和去离子水在强酸性的水热条件下制备而成。该方法工艺简单，流程短，但对NH₄VO₃原料质量要求较高，涉及 Cl对设备的要求苛刻，且产生废水处理困难等问题。CN108878841A公开了一种钠离子电池正极复合材料V₂O₅/NaV₆O₁₅的制备方法，该方法提出将钒氧化物分散到浓度为0.01-0.5mol/L 的氢氧化钠水溶液中得悬浮液，将黄色悬浮液在120-220℃进行水热反应2-24h，自然冷却至室温后，过滤、干燥得前驱体粉末，将前驱体在空气中升温到300-500℃煅烧，得到 V₂O₅/NaV₆O₁₅复合材料。该方法制备流程较长，水热反应后还要经过热处理，能耗大，不易于工业化生产，且V₂O₅/NaV₆O₁₅的配比不均一可能会导致电极材料的一致性存在问题。