一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法技术

本发明专利技术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)。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种水热法快速制备层状结构VO2(B)正极材料的方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的优点在于：本专利技术首次以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为本专利技术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为本专利技术中实施例1中a、b、c、d各自的VO2(B)正极材料的XRD图。图3为本专利技术中实施例1中a、b、c、d各自的VO2(B)正极材料的SEM图。图4为本专利技术中实施例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为本专利技术中实施例2中①、②、③各自的VO2(B)正极材料的XRD图。图6为本专利技术中实施例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专利技术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1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯忠良，贾秋荣，陶亮亮，郑芃，王立伟，邢坤明，
申请(专利权)人：郑州比克电池有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41