混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料制備技術領域，具體涉及一種用于鋰/鈉離子電池負極的混合價態(tài)銀氧化物/碳復合多孔空心卷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]新能源和可再生能源在我國社會經濟可持續(xù)發(fā)展中具有重要作用，是我國能源發(fā)展的重要內容和組成部分。隨著現代社會的發(fā)展，環(huán)境保護呼聲越來越高，急切需要本身無毒和無污染的新能源生產方式;全世界天然能源還在不斷消耗，終將耗竭，必須尋求可替代的可再生能源。新能源和可再生能源技術的發(fā)展，對電化學儲能體系提出了更高的要求，大容量、高功率和長壽命的離子電池已經成為當前電化學工作者和材料學家追求的目標。鋰離子電池具有能量密度大、無記憶效應、壽命長等優(yōu)點，目前已經廣泛應用于手機、攝像機、筆記本電腦等便攜電子設備和電動汽車大容量高功率化學電源領域。鈉離子電池由于其更低的成本，是繼鋰離子電池之后另一個研究熱點，目前還處于研發(fā)階段。商用的鋰離子電池負極材料主要為碳類負極材料，它的理論容量僅為372mAh/g，難以滿足大容量高性能電池的要求。因此，尋找新型的負極材料來替代傳統(tǒng)的碳材料對于提高離子電池的比能量十分重要。研究表明，釩的氧化物(包括五氧化二釩、三氧化二釩等)具有高的理論比容量、價格低廉、易獲得，是理想的鋰離子電池和鈉離子電池負極候選材料。但是與傳統(tǒng)離子電池的碳負極材料相比，其導電率低，且在充放電時體積膨脹較大，這導致了其功率性能較差和循環(huán)穩(wěn)定性不足的缺點。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明目的是提供一種混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料及制備方法，可作為性能優(yōu)異穩(wěn)定的鋰/鈉離子電池負極材料，解決釩的氧化物存在的功率性能較差和循環(huán)穩(wěn)定性不足的問題。
[0004]本發(fā)明設計了一種混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料，該材料的結構特征在于:
[0005 ] a、材料由釩氧化物和碳組成，碳含量在2 %到50 %之間。
[0006]b、材料中，釩氧化物中釩的價態(tài)為正五價、正四價和正三價的混合價態(tài)。
[0007]C、材料為多孔空心卷結構，該空心卷長度在I微米到50微米之間，直徑在30納米到500納米之間，呈管狀形貌，空腔直徑在5納米到200納米之間。
[0008]d、該空心卷由多孔的I凡氧化物納米薄層卷曲而成。
[0009]本發(fā)明同時提供一種制備上述混合價態(tài)f凡氧化物/碳復合多孔空心卷材料的方法，其制備方法包括如下步驟:
[0010]a、以偏釩酸銨為原料，以有機胺類為上層溶劑及碳源，水為下層溶劑。有機胺包括二十胺、十九胺、十八胺、十七胺，十六胺、十五胺、十四胺、十三胺、十二胺、i 胺、十胺以及其他直鏈胺類。
[0011]b、將偏釩酸銨和有機胺加入水中，然后混合，偏釩酸銨和有機胺的質量比為
0.001-50 ；有機胺和水的質量比為0.0001-100。
[0012]C、將混合物放入水熱反應釜，于120-250°c溫度下保溫2-80小時。
[0013]d、取出反應釜，冷卻至室溫后，打開容器，用蒸餾水和乙醇清洗后得到釩氧化物/有機胺復合粉末。
[0014]e、將釩氧化物/有機胺復合粉末在惰性氣氛下煅燒處理，煅燒溫度350_800°C，保溫時間10分鐘-8小時，煅燒結束后得到混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料。
[0015]該制備方法的特點在于，采用了偏釩酸銨為原料，將兩相溶劑熱法與煅燒工藝相結合，利用釩氧化物的有機胺插層和卷曲原理，實現了釩氧化物價態(tài)的控制，得到的混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料未見報道，用于鋰離子電池和鈉離子電池負極材料時具有優(yōu)異和穩(wěn)定的循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0016]圖1為實例2的透射電鏡圖。
[0017]圖2為實例2的拉曼光譜圖。
[0018]圖3為實例2在lA/g電流密度下的鋰離子電池循環(huán)性能圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例1:
[0020]將0.15克偏釩酸銨和0.35克十八胺加入10毫升蒸餾水中，攪拌混合，常溫下超聲振蕩15分鐘，將振蕩后的混合液體放入15毫升聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱罐中，擰緊蓋子后，將水熱罐放入175°C烘箱中，保溫12小時后，將水熱罐取出烘箱，置于空氣中冷卻至室溫，然后將水熱罐子打開，倒出里面的混合物，在4000轉/分鐘的離心機中離心，得到沉淀，然后用水和乙醇反復清洗，得到釩氧化物/有機胺復合粉末。將釩氧化物/有機胺復合粉末在Ar氣氛下煅燒處理，煅燒溫度350°C，保溫時間3小時，煅燒結束后得到混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料。
[0021]實施例2:
[0022]將0.2克偏釩酸銨和I克十二胺加入40毫升蒸餾水中，攪拌混合，常溫下超聲振蕩15分鐘，將振蕩后的混合液體放入50毫升聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱罐中，擰緊蓋子后，將水熱罐放入200°C烘箱中，保溫48小時后，將水熱罐取出烘箱，置于空氣中冷卻至室溫，然后將水熱罐子打開，倒出里面的混合物，在4000轉/分鐘的離心機中離心，得到沉淀，然后用水和乙醇反復清洗，得到釩氧化物/有機胺復合粉末。將釩氧化物/有機胺復合粉末在氮氣氣氛下煅燒處理，煅燒溫度500°C，保溫時間6小時，煅燒結束后得到混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料。
【主權項】
1.一種混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料，用于鋰離子電池和鈉離子電池負極材料，其特征在于: a、材料由釩氧化物和碳組成，碳含量在2%到50 %之間； b、材料中，釩氧化物中釩的價態(tài)為正五價、正四價和正三價的混合價態(tài)； C、材料為多孔空心卷結構，該空心卷長度在I微米到50微米之間，直徑在30納米到500納米之間，呈管狀形貌，空腔直徑在5納米到200納米之間； d、該空心卷由多孔的銀氧化物納米薄層卷曲而成。2.一種如權利要求1所述混合價態(tài)銀氧化物/碳復合多孔空心卷材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: a、以偏釩酸銨為原料，以有機胺類為上層溶劑及碳源，水為下層溶劑;有機胺包括二十胺、十九胺、十八胺、十七胺，十六胺、十五胺、十四胺、十三胺、十二胺、i 胺、十胺以及其他直鏈胺類； b、將偏釩酸銨和有機胺加入水中，然后混合，偏釩酸銨和有機胺的質量比為0.001-50;有機胺和水的質量比為0.0001-100; c、將混合物放入水熱反應釜，于120-250°C溫度下保溫2-80小時； d、取出反應釜，冷卻至室溫后，打開容器，用蒸餾水和乙醇清洗后得到釩氧化物/有機胺復合粉末； e、將釩氧化物/有機胺復合粉末在惰性氣氛下煅燒處理，煅燒溫度350-800°C，保溫時間10分鐘-8小時，煅燒結束后得到混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料。
【專利摘要】一種混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料及制備方法，屬于無機材料制備技術領域。用于制備鋰/鈉離子電池負極。材料由釩氧化物和碳組成，碳含量在2％到50％之間；材料中，釩氧化物中釩的價態(tài)為正五價、正四價和正三價的混合價態(tài)；材料為多孔空心卷結構，空心卷長度在1微米到50微米之間，直徑在30納米到500納米之間，呈管狀形貌，空腔直徑在5納米到200納米之間；該空心卷由多孔的釩氧化物納米薄層卷曲而成。本發(fā)明采用了偏釩酸銨為原料，將兩相溶劑熱法與煅燒工藝相結合得到的混合價態(tài)釩氧化物/碳復合多孔空心卷材料，用于鋰離子電池和鈉離子電池負極材料時具有優(yōu)異和穩(wěn)定的循環(huán)性能。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/36
【公開號】CN105552321
【申請?zhí)枴緾N201510922617
【發(fā)明人】秦明禮, 李睿, 章林, 趙尚節(jié), 陳鵬起, 魯慧峰, 陳錚, 賈寶瑞, 曲選輝
【申請人】北京科技大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月14日