一種鉀磷鎢酸鹽微立方的製備方法與流程
2023-05-26 14:11:41 1
本發明屬於化學電池技術領域，具體涉及鋰離子電池正極材料——K3PW12O40鹽微立方的製備方法。
背景技術：
鉀磷鎢酸鹽（K3PW12O40）是雜多酸（多金屬氧簇）的一種，鉀磷鎢酸鹽作為雜多酸分子簇中研究較為深入的正極活性物質，由於其可逆的多電子氧化還原反應使得其具有能夠達到260Ah/kg高的比容量（其容量超出了已經商業化的普通的Li2CoO2鋰離子電池的150Ah/kg）以及快速充放電的優異性能。通過XAFS(射線吸收精細結構）射線波研究雜多酸在氧化還原過程中的電子轉移變化得出了雜多酸分子再放電過程中從[PMo(VI)12 O 40 ] 3- 狀態得到24個電子變成[PMo12O40]27-是雜多酸電池具有高比容量的一個重要因素。大量存儲電子的特性也使得鉀磷鎢酸鹽能夠作為高性能二次電池的材料。鉀磷鎢酸鹽優異的電化學性質：可逆得失一個或者多個電子而保持結構不變。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種製備成本低廉、設備要求簡單、導電性較好K3PW12O40鹽微立方的製備方法。
本發明技術方案是：將磷鎢酸水溶液和氯化鉀水溶液混合，在100℃的條件下反應，反應結束後冷卻至室溫，離心洗滌，乾燥，得K3PW12O40鹽微立方。
本發明工藝的優點是：製備方法簡單，操作簡便，製備出的K3PW12O40鹽微立方尺寸較小（200-400nm），形貌均一，有利於解決微晶結構鋰離子嵌入脫出難的問題。
進一步地，本發明所述磷鎢酸水溶液的濃度為2～3×10-3mol/L，優選2.31mol/L。在此濃度下容易生成鉀磷鎢酸鹽微立方，且形貌均一，表面光滑，產量較高。
所述氯化鉀水溶液的濃度為6～7×10-2mol/L ，優選6.71×10-2mol/L。在此濃度下容易生成鉀磷鎢酸鹽微立方，且形貌均一，表面光滑，產量較高。
為了利於氯化鉀和磷鎢酸充分接觸，提高反應速率，較少的副產物，所述反應的溫度條件為100℃，溫度低於100℃不會形成微立方，溫度高於100℃微立方則會破裂。
所述乾燥的溫度條件為50℃（真空乾燥），其目的在於去除K3PW12O40鹽微立方裡面的結晶水。比起常規100℃下去除結晶水的方法，真空乾燥50℃下有利於保持K3PW12O40鹽微立方的形貌。
附圖說明
圖1 為採用本發明製備K3PW12O40鹽微立方的掃描電鏡圖。
圖2為採用本發明製備的K3PW12O40鹽微立方的X射線衍射圖。
圖3為採用本發明製備的K3PW12O40鹽微立方的熱重分析圖。
圖4為採用本發明製備的K3PW12O40鹽微立方作為鋰離子電池正極材料的充放電曲線圖。
具體實施方式
一、為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行詳細地說明。
實施例1
1）製備磷鎢酸水溶液和氯化鉀水溶液：
取800mg磷鎢酸於150ml燒杯中，加入120mL水超聲使其溶解均勻，得到濃度為2.31×10-3mol/L的磷鎢酸水溶液。取600mg氯化鉀於150mL燒杯中，加入120mL水超聲使其溶解均勻，得到濃度為6.71×10-2mol/L的氯化鉀水溶液。
2）製備K3PW12O40鹽微立方：
將步驟1）製得的磷鎢酸水溶液放入500mL的三孔燒瓶中，在油浴下加熱到100℃，然後將製得的氯化鉀水溶液加入到上述100℃下的磷鎢酸水溶液中，在100℃下攪拌1h，形成K3PW12O40鹽微立方乳濁液，反應結束後，冷卻至室溫，離心洗滌分離，乾燥，得K3PW12O40鹽微立方。
實施例2
1）製備磷鎢酸水溶液和氯化鉀水溶液：
取800mg磷鎢酸於150ml燒杯中，加入120mL水超聲使其溶解均勻，得到濃度為2.31×10-3mol/L的磷鎢酸水溶液；取600mg氯化鉀於150mL燒杯中，加入120mL水超聲使其溶解均勻，得到濃度為6.71×10-2mol/L的氯化鉀水溶液。
2）製備K3PW12O40鹽微立方：
將步驟1）製得的磷鎢酸水溶液放入500mL的三孔燒瓶中，在油浴下加熱到100℃，然後將製得的氯化鉀水溶液加入到上述100℃下的磷鎢酸水溶液中，在100℃下攪拌1h，形成K3PW12O40鹽微立方乳濁液，反應結束後，冷卻至室溫，離心洗滌分離，乾燥，得K3PW12O40鹽微立方。
二、產物驗證：
如圖1所示，為採用以上實施例1和2方法製備的K3PW12O40鹽微立方的掃描電鏡圖。可見，所製備的產品為K3PW12O40鹽微立方，尺寸較小，直徑在200-400nm左右。
圖2為採用以上實施例1和2方法製備的K3PW12O40鹽微立方材料的X-射線粉末衍射圖。
圖3為採用以上實施例1和2方法製備的K3PW12O40鹽微立方的熱重分析圖。可見，K3PW12O40鹽微立方的熱穩定性比較好。
圖4為採用以上實施例1和2方法製備的K3PW12O40鹽微立方作為鋰離子電池正極材料的充放電曲線圖。在0.1mA的電流測試下，有較高的比容量77Ah/kg。可見，K3PW12O40鹽微立方導電性較好，具有較高的比容量。