VO2(B)纳米带及其制备方法和用其组装的锂电池技术

本发明专利技术公开了一种VO2(B)纳米带及其制备方法和用其组装的锂电池。本发明专利技术利用钒源和酚类化合物混合，溶于水中，在聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜进行恒温反应后，得到一种超长的VO2(B)纳米带。本发明专利技术的制备方法操作简单、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，可控性强、重复性好，适用性广。该VO2(B)纳米带组装的锂电池比容量高和循环稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
VO2(B)纳米带及其制备方法和用其组装的锂电池
本专利技术涉及一种纳米材料
，具体涉及一种VO2(B)纳米带及其制备方法和用其组装的锂电池。
技术介绍
进入21世纪，环境日益恶化、能源危机日益严重，寻求新的绿色可代替能源以及能量转换和储存体系进行可持续发展已成为全人类共同的愿望和奋斗目标。而锂电池是适应这种需求的最佳选择。与其它电池相比，锂离子电池电压高、比能量高、工作温度范围高、放电平稳、存储时间长、安全性能好、循环寿命长、无记忆效应，可随时充放电而不影响其容量和循环寿命。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能，尤其是电极材料的选择和质量直接决定着锂电子电池的特性和价格。正极材料作为锂离子电池的一个重要组成部分，其性能决定了锂离子电池的比容量，正极材料的比容量每提高50％，电池的功率密度就会提高28％。近年来，钒氧化物作为一种新的锂离子电池正极材料，不断得到人们的关注。钒氧化物与其它正极材料相比，具有较高的比容量；V的氧化价态多样，具有良好的反应活性；并且我国具有丰富的钒资源。这些优点使钒氧化物作为正极材料具有很强的吸引力。合理的开发应用钒氧化物，将具有重大的社会意义和经济效益。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是提供一种VO2(B)纳米带及其制备方法和用其组装的锂电池；该VO2(B)纳米带超长；该制备方法操作简单、成本低；并且用该VO2(B)纳米带组装的锂电池具有较高的比容量和循环稳定性，具有较高的经济价值。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术利用钒源和酚类化合物混合，溶于水中，在聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜进行恒温反应后，得到一种超长的VO2(B)纳米带。该VO2(B)纳米带组装的锂电池比容量高和循环稳定性好。一种VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先，将钒源和酚类化合物按物质的量之比为1：1.8～2.2配料；然后，加入去离子水，用磁力搅拌器充分搅拌均匀后，转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中；接着，在温度为180～220℃的条件下水热反应12～48h，得到蓝黑色产物；最后，溶剂洗涤产物、干燥，得到所述的VO2(B)纳米带。根据本专利技术的一个优选实施方式，所述钒源选自五氧化二钒、钒的过氧酸或偏钒酸铵。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述酚类化合物选自二叔丁基对甲酚、α-生育酚或2，3，6-甲基-4-甲氧基苯酚。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述溶剂为去离子水和无水乙醇；溶剂洗涤的方式是先用去离子水洗涤，接着用无水乙醇洗涤，所述溶剂洗涤重复3次。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述干燥温度为50～80℃；干燥时间为4～5小时。上述制备方法制备的VO2(B)纳米带，其特征在于该VO2(B)纳米带直径为50～200nm、长度为10～600μm。所述的VO2(B)纳米带组装的锂电池，其特征在所述锂电池由以下材料组成：锂电池正极：按VO2(B)纳米带、聚四氟乙烯和炭黑的质量比80：10：10混合研磨后，均匀地涂在圆形铝片上；锂电池负极：金属锂；锂电池电解液：1MLiPF6的EC+DMC；所述EC与DMC的体积比为1：1。下面将详细地说明本专利技术。一种VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先，将钒源和酚类化合物按物质的量之比为1：1.8～2.2配料；只有本专利技术钒源和酚类化合物的物质的量之比为1：1.8～2.2时，才能获得纯度最高的VO2(B)纳米带，而不产生其他杂质产物。这里的钒源一般选择五价的钒类化合物。然后，加入去离子水，用磁力搅拌器充分搅拌均匀后，转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中；所述的磁力搅拌器充分搅拌是为了使反应原料充分的溶解。而聚四氟乙烯衬底是因为该材料不与钒源、酚类化合物进行反应，影响反应结果。接着，在温度为180～220℃的条件下水热反应12～48h，得到蓝黑色产物；温度的选择非常重要，如果反应温度过低，钒源还原不充分；如果温度过高，钒源易转变为更稳定的VO2(R)。但是VO2(R)的结构却不能作为电池材料。VO2具有VO2(R)、VO2(M)、VO2(B)和VO2(A)四种多晶结构，它们属同素异构体；其中，VO2(M)属于单斜晶体结构、半导体，对红外光具有高的透过率；VO2(R)属于金红石结构、导体，对红外光具有高的反射率；VO2(B)和VO2(A)是亚稳相，随着温度的升高，VO2(R)向VO2(A)、VO2(R)转变，这种转变是不可逆的。研究表明，只有VO2(B)具有层状结构，具有较高的充放电比容，在锂电池阴极材料方面有很大的应用潜力。本专利技术使用的水热反应主要是为了保持反应的恒温，避免产生内外过大的温度梯度，影响反应效果。最后，溶剂洗涤产物、干燥，得到所述的VO2(B)纳米带。根据本专利技术的一个优选实施方式，所述钒源选自五氧化二钒、钒的过氧酸或偏钒酸铵。其中，应用五氧化二钒作为钒源的较多。根据分析，五氧化二钒的还原顺序为V2O5→V6O13→VO2→V3O5→V2O3。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述酚类化合物选自二叔丁基对甲酚、α-生育酚或2，3，6-甲基-4-甲氧基苯酚。酚类化合物因为其中有活跃的羟基，具有将强的反应活性。本专利技术中，更优选二叔丁基对甲酚。利用二叔丁基对甲酚与钒源进行反应，反应完毕后，利用XRD等方式检测，没有残留的物质及杂质，说明产物全部是VO2(B)纳米带。原因是二叔丁基对甲酚被还原成二氧化碳、水，被蒸发掉了；或者二叔丁基对甲酚在水热反应后的液体中，反应完后随液体一起倒掉，只留下蓝黑色产物。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述溶剂为去离子水和无水乙醇；溶剂洗涤的方式是先用去离子水洗涤，接着用无水乙醇洗涤，所述溶剂洗涤重复3次。洗涤的目的是洗去粘附在产物表面的反应液，保证产物的纯度。根据本专利技术的另一个优选实施方式，所述干燥温度为50～80℃；干燥时间为4～5小时。干燥温度太高容易使产物氧化，过低则干燥时间就会太长。上述制备方法制备的VO2(B)纳米带，其特征在于该VO2(B)纳米带直径为50～200nm、长度为10～600μm。所述的VO2(B)纳米带组装的锂电池，其特征在所述锂电池由以下材料组成：锂电池正极：按VO2(B)纳米带、聚四氟乙烯和炭黑的质量比80：10：10混合研磨后，均匀地涂在圆形铝片上；锂电池负极：金属锂；锂电池电解液：1MLiPF6的EC+DMC；所述EC与DMC的体积比为1：1。所述的锂电池的所有组装过程均在手套箱里进行。本专利技术对锂电池的恒电流充放电测试条件为：电流密度为20mA/g，电压范围为0～2.75V。本专利技术组装的锂电池电流密度为20mAh/g时首次充放电容量在900mAh/g以上；且具有极好的循环稳定性。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：1，本专利技术制备的VO2(B)纳米带超长，长度为10～600μm；2，本专利技术的制备方法操作简单、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，可控性强、重复性好，适用性广；3，本专利技术组装的锂电池正极得到的锂电池具有很高的比容量；且具有极好的循环稳定性；具有显著的经济价值。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的VO2(B)纳米带的XRD图；其中，monoclinicVO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先，将钒源和酚类化合物按物质的量之比为1：1.8～2.2配料；然后，加入去离子水，用磁力搅拌器充分搅拌均匀后，转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中；接着，在温度为180～220℃的条件下水热反应12～48h，得到蓝黑色产物；最后，溶剂洗涤产物、干燥，得到所述的VO2(B)纳米带。

【技术特征摘要】
1.一种VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先，将钒源和酚类化合物按物质的量之比为1：1.8～2.2配料；然后，加入去离子水，用磁力搅拌器充分搅拌均匀后，转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中；接着，在温度为180～220℃的条件下水热反应12～48h，得到蓝黑色产物；最后，溶剂洗涤产物、干燥，得到所述的VO2(B)纳米带；所述酚类化合物选自二叔丁基对甲酚、α-生育酚或2，3，6-甲基-4-甲氧基苯酚。2.根据权利要求1所述的VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于所述钒源选自五氧化二钒、钒的过氧酸或偏钒酸铵。3.根据权利要求1所述的VO2(B)纳米带的制备方法，其特征在于所述溶剂为去离子水和无水乙醇；溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪梅，邓建国，刘忠平，纪兰香，邓志华，白小峰，马春彦，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51