CN107799760A - 一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 - Google Patents
一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107799760A CN107799760A CN201710977238.3A CN201710977238A CN107799760A CN 107799760 A CN107799760 A CN 107799760A CN 201710977238 A CN201710977238 A CN 201710977238A CN 107799760 A CN107799760 A CN 107799760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positive electrode
- layer structure
- hydro
- quickly prepares
- thermal method
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 title claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 10
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 5
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000372132 Hydrometridae Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000019994 cava Nutrition 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000686 essence Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 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
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- 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
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供了一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，包括以下步骤：（1）先后称取V2O5和C12H22O11·H2O，并依次加入到去离子水中混合，搅拌，得混合溶液A；（2）将混合溶液A转入高压反应釜中，将反应釜放入油浴锅中并将搅拌器转速设为0‑1734转/分钟；（3）待步骤（2）中反应釜的温度上升置180‑190℃后，保温4‑8h，反应结束后自然冷却至室温，得到悬浮液B；（4）将悬浮液B用去离子水洗涤2‑4次，然后放入到冷冻干燥机内，得产物C；（5）将产物C转入瓷舟中，并放置到通有氮气的管式炉中，加热、冷却，制得具有层状结构的正极材料VO2(B)。本发明的优点是该方法设备简单、合成速度快、产物纯净、形貌可控、性能优异、易于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及到一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法。
背景技术
锂离子电池是近十多年备受关注，并且发展迅速的一种高能电池，已经成为二次能源的首选，与传统的锂离子电池正极材料相比，钒氧化物具有比容量大、能量密度高、资源丰富等优点，成为近年来锂离子电池正极材料研究中的热点，VO2(B)具有开放的三维层状骨架结构，锂离子可以在其层间结构当中自由地嵌入和脱出，并且具有较高的充放电比容量（其中VO2(B)的理论比容量为324mAh/g），较高的工作电压（高于1.5V），在锂电池正极材料方面具有很大的应用前景。
通常情况下，VO2(B)的水热合成需要在特定的环境下长时间保温才能进行，这些合成方法灵活性差，反应的时间较长，不能够对反应中间过程进行干预，灵活性差，此外，常规方法合成出的VO2(B)放电容量低，充放电过程中晶体结构容易坍塌，导致其循环性能较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，利用油浴加热可搅拌的特点，反应进行的同时可进行搅拌，使反应更加均匀，同时加快了反应速度，大大缩短了反应时间，制备出了形貌可控的VO2(B)正极材料，极大的提高了VO2(B)正极材料充放电比容量和循环性能。
本发明采用的技术方案如下：
一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，包括以下步骤：
（1）先后称取V2O5和C12H22O11·H2O，并将V2O5、C12H22O11·H2O依次加入到去离子水中混合，室温下搅拌，制得混合溶液A，其中V2O5和C12H22O11·H2O加入量的比例为4:1，去离子水的量为50-60ml；
（2）将步骤（1）中的混合溶液A转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将反应釜放入油浴锅中加热、搅拌反应，其中反应温度设置为180-190℃，搅拌器转速设置为0-1734转/分钟；
（3）待步骤（2）中反应釜的温度上升置180-190℃后，保温反应4-8h，随后等待反应釜的温度自然冷却至室温，制得悬浮液B；
（4）将步骤（3）中的悬浮液B用去离子水洗涤2-4次，然后放入到冷冻干燥机内进行冷冻干燥，得产物C；
（5）将步骤（4）中的产物C转入瓷舟中，并将放有产物C的瓷舟放置到通有氮气的管式炉中，加热一段时间后自然冷却至室温，取出后即制得具有层状结构的正极材料VO2(B)。
优选的，所述步骤（1）中，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌器转速设置为0-1734转/分钟，搅拌时间为4-8h。
优选的，所述步骤（1）中，V2O5的加入量为0.4g，C12H22O11·H2O的加入量为0.1g。
优选的，所述步骤（2）中，搅拌器的搅拌方式为磁力搅拌。
优选的，所述步骤（4）中，冷冻干燥的时间为8-10h。
优选的，所述步骤（5）中，管式炉加热的温度为300℃，加热时间为0.5h。
本发明的优点在于：本发明首次以C12H22O11·H2O为还原剂，采用油浴磁力搅拌辅助水热法合成了VO2(B)正极材料，其中，磁力搅拌的转速不同，可以得到不同形貌和性能的VO2(B)，具有设备简单、合成速度快、产物纯净、形貌可控、性能优异、易于大规模推广应用等优点，并可通过调节转速和反应时间，来灵活控制整个反应合成过程从而形成特定的结构和物相。将该方法制得的VO2(B)正极材料应用到锂离子电池正极材料中，能够显著提高其电化学性能。
附图说明
图1为本发明一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法的流程框图。
图2为本发明中实施例1中a、b、c、d各自的VO2(B)正极材料的XRD图。
图3为本发明中实施例1中a、b、c、d各自的VO2(B)正极材料的SEM图。
图4为本发明中实施例1中a、b、c、d各自的VO2(B)正极材料的放电循环性能图。
图5为本发明中实施例2中①、②、③各自的VO2(B)正极材料的XRD图。
图6为本发明中实施例2中①、②、③各自的VO2(B)正极材料的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法作进一步详细描述。
实施例1
（1）先称取0.4g的V2O5，再称取0.1g的C12H22O11·H2O，然后将称好的V2O5、C12H22O11·H2O依次加入到60ml的去离子水中混合，室温条件下磁力搅拌6h，制得混合溶液A，并标记为a，并用相同的方法再制得三组混合溶液A,并依次标记为b、c、d；
（2）将步骤（1）中的a、b、c、d混合溶液A分别将转入到规格为100ml的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将反应釜放入油浴锅反应，将反应温度设置为180℃，a、b、c、d混合溶液A的磁力搅拌转速依次设定为0r/min、867r/min、1300r/min和1734r/min；
（3）待步骤（2）中a、b、c、d混合溶液A的反应釜的温度上升置180℃后，均进行保温6h，反应结束后，让反应釜的温度自然冷却至室温，得到标记为a、b、c、d的悬浮液B；
（4）将步骤（3）中标记为a、b、c、d的悬浮液B均用去离子水洗涤3次，然后放入到冷冻干燥机内进行冷冻干燥，冷冻干燥的时间为10h，得到标记为a、b、c、d的产物C；
（5）将步骤（4）中标记a、b、c、d的产物C转入瓷舟中，并将瓷舟放置到通有氮气的管式炉中，300℃条件下加热0.5h后自然冷却至室温，取出后得到标记为a、b、c、d的具有层状结构的样品正极材料VO2(B)。
实施例2
（1）先称0.4g的V2O5，再称取0.1g的C12H22O11·H2O，然后将称好的V2O5、C12H22O11·H2O依次加入到60ml的去离子水中混合，室温条件下磁力搅拌8h，制得混合溶液A，并标记为①，以同样的方法制备再制备两组混合溶液A，并标记为②、③；
（2）将步骤（1）中的标记为①、②、③的混合溶液A分别转入到规格为100ml的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将反应釜放入油浴锅反应，将反应温度均设置为180℃，磁力搅拌器转速均设置为1300r/min；
（3）待步骤（2）中标记为①、②、③的混合溶液A反应釜的温度上升置180℃后，设定保温时间，其中，标记为①、②、③的混合溶液A分别设定为4h、6h、8h，反应结束后让反应釜的温度自然冷却至室温，得到标记为①、②、③的悬浮液B；
（4）将步骤（3）中的标记为①、②、③的悬浮液B均用去离子水洗涤3次，然后放入到冷冻干燥机内进行冷冻干燥，冷冻干燥的时间为10h，得到标记为①、②、③的产物C；
（5）将步骤（4）中标记为①、②、③的产物C转入瓷舟中，并将瓷舟放置到通有氮气的管式炉中，300℃条件下加热0.5h后自然冷却至室温，取出后得到①、②、③的具有层状结构的正极材料VO2(B)。
样品测试结果分析：
（1）实施例1通过控制变量法，通过只改变搅拌器转速，得出不同转速时，得出的正极材料VO2(B)形貌不同，放电循环的差异性大，结合图3和图4可明显看出调整不同的转速时，VO2(B)形貌存在差异，另外放电循环存在较大的差异性；实施例2通过控制变量法，通过只改变保温反应的时间，得出不同的反应时间，得到的正极材料VO2(B)形貌不同，结合图6可以明显看出VO2(B)形貌的形貌差异，结合图3与图6，可得出，搅拌器转速为1300r/min，反应时间为6小时时，得到的正极材料VO2(B)分散性最好，形貌最佳。
（2）结合图4可看出搅拌器转速为1300r/min，反应时间为6小时时，首次放电容量最高，循环性能最好。
综上所述，采用本发明的方法能够加快反应速度，缩短反应时间，得到的带状结构的正极材料VO2(B)作为锂离子电池正极材料，能够很好的降低锂离子电池在充放电过程中的容量的损耗率，从而提高其电化学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
先后称取V2O5和C12H22O11·H2O，并将V2O5、C12H22O11·H2O依次加入到去离子水中混合，室温下搅拌，制得混合溶液A，其中V2O5和C12H22O11·H2O加入量的比例为4:1，去离子水的量为50-60ml；
将步骤（1）中的混合溶液A转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将反应釜放入油浴锅中加热、搅拌反应，其中反应温度设置为180-190℃，搅拌器转速设置为0-1734转/分钟；
待步骤（2）中反应釜的温度上升置180-190℃后，保温反应4-8h，随后等待反应釜的温度自然冷却至室温，制得悬浮液B；
将步骤（3）中的悬浮液B用去离子水洗涤2-4次，然后放入到冷冻干燥机内进行冷冻干燥，得产物C；
（5）将步骤（4）中的产物C转入瓷舟中，并将放有产物C的瓷舟放置到通有氮气的管式炉中，加热一段时间后自然冷却至室温，取出后即制得具有层状结构的正极材料VO2(B)。
2.根据权利要求1所述的一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，搅拌方式为磁力搅拌，搅拌器转速设置为0-1734转/分钟，搅拌时间为4-8h。
3.根据权利要求1所述的一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，V2O5的加入量为0.4g，C12H22O11·H2O的加入量为0.1g。
4.根据权利要求1所述的一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，搅拌器的搅拌方式为磁力搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，冷冻干燥的时间为8-10h。
6.根据权利要求1所述的一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，管式炉加热的温度为300℃，加热时间为0.5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710977238.3A CN107799760A (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710977238.3A CN107799760A (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107799760A true CN107799760A (zh) | 2018-03-13 |
Family
ID=61534245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710977238.3A Pending CN107799760A (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107799760A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112397707A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-23 | 何叶红 | 一种用于锂离子电池的多孔vo2微球及其制备方法 |
-
2017
- 2017-11-10 CN CN201710977238.3A patent/CN107799760A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112397707A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-23 | 何叶红 | 一种用于锂离子电池的多孔vo2微球及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105742602B (zh) | 一种钠离子电池负极用Sn/MoS2/C复合材料及其制备方法 | |
| CN110226252B (zh) | 一种聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法 | |
| CN109052472A (zh) | 一种层状结构v6o13正极材料及其制备方法 | |
| CN109449404A (zh) | 一种锂硫电池正极材料用硫-氮掺杂碳纳米纤维-MXene复合材料及其制备方法 | |
| CN106299269B (zh) | 一种锂离子电池正极浆料制备方法 | |
| CN107195900A (zh) | 一种铅酸蓄电池铅膏及其制备方法 | |
| CN107732183A (zh) | 一种钠离子电池正极材料用Cu3(PO4)2/Cu2P2O7复合材料的制备方法 | |
| CN104009210A (zh) | 一种多孔硅/碳复合材料、制备方法及用途 | |
| CN106207111B (zh) | 一种锂离子电池负极GO-PANI-Ni3S2复合材料的制备方法 | |
| CN104037396B (zh) | 硅-碳多元复合负极材料及其制备方法 | |
| CN108091837A (zh) | 一种二硫化钼/碳复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN105977484A (zh) | 一种三氧化二铁纳米管材料及其制备方法与应用 | |
| CN103208619B (zh) | 钾离子预嵌入型五氧化二钒纳米线及其制备方法和应用 | |
| CN108183213A (zh) | 一种三氧化二铁/碳/碳纳米管锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN109755540A (zh) | 一种锂硫电池正极材料及其制备方法 | |
| CN102664263A (zh) | 锂离子电池正极材料碳包覆柱状磷酸钒锂的制备方法 | |
| CN109686967A (zh) | 一种富锂锰基正极材料及其制备方法 | |
| CN107799760A (zh) | 一种水热法快速制备层状结构vo2(b)正极材料的方法 | |
| CN107215898A (zh) | 一种单分散yolk‑shell结构二硫化钼微球的制备方法 | |
| CN107681133A (zh) | 一种锂离子电池负极材料及制备方法 | |
| CN109560266A (zh) | 偏铝酸锂包覆的磷酸铁锰锂正极材料的制备方法 | |
| CN110336031A (zh) | 一种硫负载氧化钼/石墨烯空心结构电极材料的制备方法 | |
| Chen et al. | LiMn 2 O 4-based materials as anodes for lithium-ion battery | |
| CN106025343B (zh) | 一种锂离子电池负极多孔氧化锡材料的制备方法 | |
| CN102544488A (zh) | 一种动力电池正极材料LiFePO4粉末的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180313 |