CN114899433B - 一种铁掺杂二氧化钒催化剂、制备方法及其在锂硫电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁掺杂二氧化钒催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)在去离子水中加入V2O5并搅拌，随后加入草酸，然后加入六水合三氯化铁，在氮气气氛下搅拌，制得混合液a；(2)将步骤(1)得到的混合液a倒入反应釜当中反应，完成后冷却至室温，得到沉淀物；(3)将步骤(2)得到的沉淀物放在离心机中离心，同时用蒸馏水洗涤，得到沉淀物；(4)将步骤(3)得到的洗涤后的沉淀物放在真空或普通干燥箱中干燥，得到铁掺杂二氧化钒。本发明的铁掺杂二氧化钒催化剂可以用于制备新能源锂硫电池，能显著提高电池的容量，循环性稳定性和倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池制备技术领域，具体涉及到一种铁掺杂二氧化钒催化剂的制备方法及其在锂硫电池中的应用。
背景技术
锂硫电池是利用自然丰富、理论容量高的单质硫与锂金属作为活性电极材料，其理论比容量达到1672mA·h/g，被认为是最有希望实现低成本和高能量密度的下一代电池体系。然而在充放电过程当中，中间产物多硫化锂会溶解于电解液，扩散到负极，造成严重的容量衰减，俗称“穿梭效应”。有研究发现Fe2O3中的Fe原子可以与Li2S6分子中的S之间形成“Fe-S”键，所以Fe2O3对Li2S6具有较强的吸附作用。另外有其他文献报道VO2具有高氧化还原电势，可以氧化长链多硫化锂，生成连多硫化酸盐和短链多硫化锂，从而减少长链多硫化锂的溶解和流失，为了同时兼具高氧化还原电极电势和高吸附性的特点，本专利中本发明设计了一种纳米带状的铁准单原子分散的铁掺二氧化钒(Fe-VO2)，铁掺杂二氧化钒是利用草酸还原五氧化二钒的方法制备，在水溶液中五氧化二钒会溶解形成水合物，加入草酸后会有 VO2 +离子在高温高压下，草酸迅速还原VO2 +离子生成VO6八面体，铁离子也会被草酸还原，替换掉部分V的位置，掺杂到二氧化钒里面，最终形成Fe掺杂的层状VO2结构。铁掺二氧化钒被应用在锂硫电池当中，得到类似于二氧化钒阵列嵌入S/C材料中的复合电极，在这样的结构中，高比表面积的铁掺杂二氧化钒纳米带既能提供大量的多硫化锂吸附位点，减少扩散，同时其高电势也能促进多硫化锂转化，使电池中的活性物质更多的为电池贡献能量，得到性能更加优异电池。因此，铁掺杂二氧化钒(Fe-VO2)为未来提高锂硫电池性能提供了一种可行的策略。
发明内容
本发明在于提供一种铁掺杂二氧化钒催化剂的制备方法及其在锂硫电池中的应用，以解决背景技术存在的技术问题。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种铁掺杂二氧化钒催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在去离子水中加入V2O5并搅拌，同时加入草酸，制得混合液a；
(2)向步骤(1)制得的混合a中加入六水合三氯化铁，在氮气气氛下搅拌，制得混合液b；
(3)将步骤(2)得到的混合液b倒入反应釜当中反应，反应完成后冷却至室温，得到沉淀物；
(4)将步骤(3)得到的沉淀物放在离心机里面离心，同时用蒸馏水洗涤，得到沉淀物；
(5)将步骤(4)得到沉淀物放在真空或普通干燥箱中干燥，得到铁掺杂二氧化钒催化剂。
进一步地，步骤(1)中V2O5的加入去离子水中，V2O5相比水的质量范围为0.1wt％-50wt％，搅拌形成较稳定的悬浊液。
进一步地，步骤(1)中加入草酸的质量相比五氧化二钒的质量占比为30wt％-80wt％。
进一步地，步骤(2)中加入六水合三氯化铁的质量相比V2O5的质量比为0.1-30％。
进一步地，步骤(3)中反应的条件：在150-500℃下反应1-12h。
进一步地，步骤(4)中用蒸馏水洗涤两次，直到pH等于6-8，然后干燥。
本发明还提供一种铁掺杂二氧化钒催化剂在锂硫电池中的应用，铁掺杂二氧化钒催化剂在硫碳电极(C/S)中的添加质量百分比为 1-15wt％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本专利中本发明设计了一种纳米带状的铁准单原子分散的铁掺二氧化钒(Fe-VO2)，在铁掺二氧化钒，高比表面积的铁掺杂二氧化钒纳米带既能提供大量的多硫化锂吸附位点，减少扩散，同时二氧化钒的高电势也能促进多硫化锂的转化从而提高电池的容量和循环性能，得到性能更加优异电池性能。
附图说明
图1为(A)Fe-VO2的SEM图，(B-E)Fe-VO2纳米带的SEM 图和对应的V、O、Fe元素的EDS成像和(F)VO2(下)、Fe-VO2(上)的拉曼光谱图；
图2为(A)S/C、VO2+S/C和Fe-VO2+S/C三种电极与金属锂组成电池的循环伏安曲线图；(B)正负极均为同种电极材料的三种对称电池的循环伏安曲线图；
图3为S/C、VO2+S/C和Fe-VO2+S/C三种电极与金属锂组成的电池的(A)1C充放电循环曲线图和(B)不同倍率曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明中：
(1)正极活性物质：升华硫S8
(2)添加剂：Fe-VO2，VO2
(3)导电剂；科琴黑
(4)粘结剂：PVDF
(5)隔膜组分；聚丙烯PP，化学式：(-C2H4-)n
(6)负极：锂片
下面通过具体实施例加以说明。
实施例1
掺杂铁二氧化钒作为锂硫电池正极材料催化剂使用，可以促进多硫化锂的改善，从而增容量和倍率性能。具体方案如下：
(1)掺铁二氧化钒纳(Fe@VO2)米带的合成：
在50ml去离子水中加入0.182g V2O5，然后在250r/min下搅拌随后加入0.1g草酸(草酸相对V2O5的质量百分比为54.9wt％，同时缓慢加入0.0193g六水合三氯化铁(六水合三氯化铁相对于V2O5的质量百分比为10.6wt％)，在氮气气氛下搅拌直至形成亮黄色溶液，将得到的溶液倒入反应釜当中，在260℃下反应8h，反应完成后冷却至室温后，将生成的深蓝色沉淀物放在离心机里面离心，同时用蒸馏水洗涤两次，直到pH等于7。将洗涤后的沉淀物放在真空干燥箱中，在70℃下干燥8h，得到Fe-VO2纳米带。表征得到了产物Fe-VO2为R相。产物形貌为纳米带，厚度值为8nm-15nm。
(2)制备Fe@VO2/C/S电极：
30％(wt％)的科琴黑和70％(wt％)的S8(升华硫)在研钵中研磨0.5h 得到均匀的碳硫混合物，然后将碳硫混合物加入到玻璃管中密封。随后将其置于反应釜中155℃烧结12h得到C/S电极材料。硫正极浆料的方法如下：将10％(wt％)PVDF溶解在3.5ml NMP中，然后加入 4％(wt％)Fe@VO2并分散均匀，得到混合物；依次将10％(wt％)碳和 80％(wt％)C/S电极材料加入到上述混合物当中，并在室温条件下搅拌 7h。然后将均匀的浆料涂布到涂炭铝箔上，在60℃下真空干燥12h。
(3)电池组装：
所有纽扣电池的组装均在手套箱中进行，采用反装的方法，并进行测试。
实施例2
调整水热反应温度为180℃，其他同实施例1，得到的反应产物为B相掺Fe的VO2。
实施例3
调整水热反应时间为1h，其他同实施例1，得到的反应产物为R 相掺Fe的VO2纳米带，厚度约为100nm。
对比例1
选用常规S/C正极材料电池，电池组装与实施例1基本相同。
其中，制备C/S电极的方法，包括以下步骤：
30％(wt％)的科琴黑和70％(wt％)的S8(升华硫)在研钵中研磨0.5h 得到均匀的碳硫混合物，然后将碳硫混合物加入到玻璃管中密封。随后将其置于反应釜中155℃烧结12h得到C/S电极材料。硫正极的配制方法如下：将10％(wt％)PVDF溶解在3.5ml NMP，得到混合物；依次将10％(wt％)碳和80％(wt％)C/S电极材料加入到上述混合物当中，并在室温条件下搅拌7h。然后将均匀的浆料涂布到涂炭铝箔上，在60℃下真空干燥12h后得到极片。
对比例2
选用常规VO2+S/C正极材料电池，电池组装与实施例1基本相同。
其中，制备VO2+S/C电极的方法，包括以下步骤：
30％(wt％)的科琴黑和70％(wt％)的S8(升华硫)在研钵中研磨0.5h 得到均匀的碳硫混合物，然后将碳硫混合物加入到玻璃管中密封。随后将其置于反应釜中155℃烧结12h得到C/S电极材料。硫正极浆料制备方法如下：将10％(wt％)PVDF溶解在3.5ml NMP中，然后加入4％(wt％)VO2并分散均匀，得到混合物；依次将10％(wt％)碳和 80％(wt％)C/S电极材料加入到上述混合物当中，并在室温条件下搅拌 7h。然后将均匀的浆料涂布到涂炭铝箔上，在60℃下真空干燥12h 后得到极片。
本发明中含铁掺杂二氧化钒催化剂(实施例1中的样品)的电池同未含有铁掺杂二氧化钒的电池(对比例1和对比例2)进行对比，结果发现添加掺铁二氧化钒以后电池的容量，循环稳定性，倍率性能都有很大的提升，具体测试数据如下：
图1A是Fe-VO2的扫描电子显微镜(SEM)图，从图中可以看出Fe-VO2是二维纳米带形状，长度为1-2μm，宽度为50-150nm，厚度为8-15nm，为了探究铁在二氧化钒中的掺杂情况，本发明做了元素电子能谱(EDS)成像图(图1B-E)，可以出材料中包含Fe，O， V三种元素，从图1E显示铁在二氧化钒中分散均匀。另外，为了进一步验证铁掺杂情况，本发明也做了掺铁二氧化钒和未掺铁二氧化钒的拉曼光谱，从图1F可以看出，掺铁以后，二氧化钒在684cm-1的特征峰发生蓝移到675cm-1，说明铁的掺杂引起了V-O-V的畸变，内部晶格发生变化，所以综合EDS和拉曼光谱可以说明铁元素已经掺入二氧化钒晶格当中。
为了研究Fe-VO2对S到Li2S之间的反应影响，本发明测试了S/C 电池、VO2+S/C电池和Fe-VO2+S/C电池的循环伏安(CV)曲线，如图2A所示。可以看出VO2+S/C电池比S/C电池具有更高的氧化峰电流和还原峰电流，这表明加入VO2以后能够促进多硫化锂的转化，从而增加反应电流，而Fe-VO2+S/C电池具有比VO2+S/C电池和S/C电池更高的峰电流和更小的氧化还原极差，这表明Fe-VO2能够进一步促进S到Li2S之间的反应，另外为了更加准确验证Fe-VO2对多硫化锂的影响。本发明测试了对称电池，用0.01M的Li2S6电解液作为目标多硫化锂，测试了在碳对称电池、VO2对称电池和Fe-VO2对称电池的CV曲线，如图2B所示。可以看出对称电池的变化趋势和图2A 中CV曲线变化趋势相同，Fe-VO2+S/C电池的峰电流同样是最大的，由此可以得到结论，VO2和Fe-VO2都能够处理多硫化锂的转化，而 Fe-VO2能够更强的促进效果。
为了验证Fe-VO2添加剂在锂硫电池中的作用，本发明测试了S/C 电池、VO2+S/C电池和Fe-VO2+S/C三种不同电池的循环性能和倍率性能，图3A是在1C条件下测试的循环曲线。从图可以看出，相比于纯的S/C材料，加入VO2后电池的比容量明显增加，当添加Fe-VO2后电池的容量进一步提高并且电池的衰减率降低。图3B中可以看出， Fe-VO2+S/C表现出比VO2+S/C和Fe-VO2复合材料更好的倍率性能，这主要归功于Fe-VO2良好的催化性能和吸附性能。
锂硫电池中的多硫化锂的穿梭效应会严重影响电池容量和循环性能，本发明提供了一种新型的锂硫电池正极材料催化剂，能够很好的促进多硫化锂的转化从而提升电池的容量、循环稳定性和倍率性能。图1是铁掺杂二氧化钒的基本表征，从Fe的分布情况和拉曼光谱来看可以证明铁原子已经掺入二氧化钒，并且非常均匀。图2是不同电池CV曲线和对称电池的CV曲线，可以看出Fe-VO2引入以后，电池的氧化还原电流增加，为了进一步确认Fe-VO2的催化效果，本发明又测试了对称电池，从图2B可以看出，单独的Fe-VO2能够有效的促进多硫化锂的反应，提升氧化还原电流，图3是电池的循环和倍率性能图，Fe-VO2引入后电池表现出更好的循环稳定性、更低的容量衰减率，从图3B可以看出电池的倍率性能也会增强，以上证据证明了本发明的技术具有显著进步。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本发明的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种铁掺杂二氧化钒催化剂在锂硫电池中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)掺铁二氧化钒Fe@VO2纳米带的合成：
在50ml去离子水中加入0.182g V2O5，然后在250r/min下搅拌随后加入0.1g草酸，草酸相对V2O5的质量百分比为54.9wt％，同时加入0.0193g六水合三氯化铁，六水合三氯化铁相对于V2O5的质量百分比为10.6wt％，在氮气气氛下搅拌直至形成亮黄色溶液，将得到的溶液倒入反应釜当中，在260℃下反应8h，反应完成后冷却至室温后，将生成的深蓝色沉淀物放在离心机里面离心，同时用蒸馏水洗涤两次，直到pH等于7，将洗涤后的沉淀物放在真空干燥箱中，在70℃下干燥8h，得到Fe-VO2纳米带，所述纳米带为R相，产物形貌为纳米带，厚度值为8nm-15nm；
(2)制备Fe@VO2/C/S电极：
30wt％科琴黑和70wt％的升华硫S8在研钵中研磨0.5h得到均匀的碳硫混合物，然后将碳硫混合物加入到玻璃管中密封，随后将其置于反应釜中155℃烧结12h得到C/S电极材料，硫正极浆料的方法如下：将10wt％PVDF溶解在3.5ml NMP中，然后加入4wt％Fe@VO2并分散均匀，得到混合物；依次将10wt％碳和80wt％C/S电极材料加入到上述混合物当中，并在室温条件下搅拌7h，然后将均匀的浆料涂布到涂炭铝箔上，在60℃下真空干燥12h；
(3)电池组装：
所有纽扣电池的组装均在手套箱中进行，采用反装的方法，并进行测试。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101289703A (zh) * | 2008-03-07 | 2008-10-22 | 昆明理工大学 | 从高铁含钒石煤氧压酸浸液中萃取钒的方法 |
| CN102280614A (zh) * | 2011-07-07 | 2011-12-14 | 天津大学 | 一种锂硫电池的硫正极的制备方法 |
| CN104409733A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-11 | 华南师范大学 | 一种氮掺杂多孔碳/硫复合正极材料及其制备方法与应用 |
| CN104638264A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-05-20 | 李立珺 | 一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法 |
| CN105762332A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-07-13 | 绍兴文理学院 | 一种锂离子电池的制作方法 |
| CN106340652A (zh) * | 2015-07-17 | 2017-01-18 | 江苏华东锂电技术研究院有限公司 | 正极材料及锂硫电池 |
| EP3244472A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-15 | Basf Se | Composites comprising hollow microspheres of a vanadium oxide for lithium sulfur cells |
| KR20210010025A (ko) * | 2019-07-19 | 2021-01-27 | 주식회사 엘지화학 | 바나듐산화물-황 복합체, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지 |
-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101289703A (zh) * | 2008-03-07 | 2008-10-22 | 昆明理工大学 | 从高铁含钒石煤氧压酸浸液中萃取钒的方法 |
| CN102280614A (zh) * | 2011-07-07 | 2011-12-14 | 天津大学 | 一种锂硫电池的硫正极的制备方法 |
| CN104638264A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-05-20 | 李立珺 | 一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法 |
| CN105762332A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-07-13 | 绍兴文理学院 | 一种锂离子电池的制作方法 |
| CN104409733A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-03-11 | 华南师范大学 | 一种氮掺杂多孔碳/硫复合正极材料及其制备方法与应用 |
| CN106340652A (zh) * | 2015-07-17 | 2017-01-18 | 江苏华东锂电技术研究院有限公司 | 正极材料及锂硫电池 |
| EP3244472A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-15 | Basf Se | Composites comprising hollow microspheres of a vanadium oxide for lithium sulfur cells |
| KR20210010025A (ko) * | 2019-07-19 | 2021-01-27 | 주식회사 엘지화학 | 바나듐산화물-황 복합체, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Yifu Zhang等.The additives W, Mo, Sn and Fe for promoting the formation of VO2 (M) and its optical switching properties.《Materials Letters》.2013,第61-64页. * |
| Zhenzhen Liu等.Atomic Iron Catalysis of Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries.《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》.2018,第19311-19317页. * |
| 宋英泽.钒系化合物助力锂硫电池正极材料的构筑.《中国博士学位论文全文库数据库》.2021,第C042-18页. * |
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| Publication number | Publication date |
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