二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，具体涉及一种二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法。针对现有制备二氧化钒和氧化石墨烯复合材料的方法流程复杂、能耗高、反应条件不容易达到等问题，本发明专利技术提供了一种二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、制备乙二醇氧钒；b、将乙二醇氧钒、氧化石墨烯、去离子水放入水热反应釜中，于120～220℃下保温反应12～24h，冷却后浸泡，冷冻干燥，得到二氧化钒与氧化石墨烯复合材料。本发明专利技术采用乙二醇氧钒水热法一步反应生成二氧化钒与氧化石墨烯复合材料，反应流程短，操作简单，制备过程中无有毒有害物质的产生，经济环保，不需要特殊的大型设备和苛刻的介质气氛，易于大规模工业化生产。产。

【技术实现步骤摘要】
二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]科技的发展推动着化学电源向着高容量、低能耗、无公害等方向发展。化学电源的发展主要经历了以下几个阶段：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池。其中锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、绿色环保等优点，已经越来越受到人们的关注，锂离子电池的研究及性能的提高，已成为化学电源领域的研究热点。锂电池用负极材料主要分为碳材料和非碳材料，非碳材料包括金属氧化物、金属间化合物以及金属氮化物等，其容量要高于碳材料，但在循环稳定性方面仍需要进一步提高。通过减小颗粒尺寸缩短离子和电子传输距离，或引入导电聚物，CNTs，石墨烯等制备复合材料来提高材料导电性是解决以上问题的有效途径。目前，行业中已有部分采用石墨烯复合材料来作为锂电池负极材料的报道。
[0003]专利CN109192934A公开了一种多孔二氧化钒微米球复合材料的制备方法，将NH4VO3粉末分散在去离子水中，加入HCl，搅拌至溶解；再加入水合肼，搅拌，最后加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散后进行冷冻干燥，将得到的前驱体在氮气下400～500℃煅烧1～4h即可得到石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料。
[0004]专利CN109473649A公开了一种钠离子电池复合负极材料及其制备方法，先制备石墨烯泡沫材料，在其上生长碳纳米管，将制备的碳纳米管-石墨烯泡沫复合体材料进行表面处理，再完全置于配置的二氧化钒纳米片反应液中，控制反应温度175～185℃，反应时间3～3.5h，反应产物用去离子水和酒精冲洗数次、干燥、退火2～2.5小时。
[0005]专利CN109517217A公开了一种钨掺杂二氧化钒/石墨烯复合物及其制备方法与应用，先称取适量氧化石墨烯粉末、五氧化二钒、有机酸和钨酸铵加入溶剂去离子水中混合均匀，得到前驱液；将前驱液经水热反应、冷却、洗涤、离心洗涤、干燥后进行煅烧得到钨掺杂二氧化钒/石墨烯复合物。
[0006]专利CN110627055A公开了一种二氧化钒与石墨烯复合薄膜结构及其制备方法和应用，通过在蓝宝石基底上旋涂还原氧化石墨烯，再采用磁控溅射的方式溅射钒薄膜，然后在快速退火炉中进行快速氧化退火，最后进行酸腐蚀，形成石墨烯-VO2纳米颗粒复合薄膜结构。
[0007]上述提及制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料的方法反应步骤长，工艺流程复杂，存在能耗高且反应条件苛刻等缺陷。因此，急需开发一种流程短、能耗低、反应条件温和的二氧化钒/氧化石墨烯复合材料制备方法。

技术实现思路

[0008]针对现有制备二氧化钒和氧化石墨烯复合材料的方法流程复杂、能耗高、反应条
件不容易达到等问题，本专利技术提供了一种二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：
[0009]a、制备乙二醇氧钒
[0010]将钒源与乙二醇按照质量比1:1～20进行混合，于30～200℃下搅拌反应2～12h，冷却至室温，过滤，得乙二醇氧钒溶液；
[0011]b、制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料
[0012]将乙二醇氧钒溶液、氧化石墨烯溶液、去离子水按体积比为1:1:3～10的比例放入水热反应釜中，于120～220℃下保温反应12～24h，冷却后将反应产物于去离子水中浸泡24h，冷冻干燥后，得到二氧化钒与氧化石墨烯复合材料。
[0013]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤a所述的钒源包括偏钒酸铵、五氧化二钒或硫酸氧钒中的至少一种。
[0014]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述的氧化石墨烯溶液浓度为0.5～5mg/mL。
[0015]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述的水热反应釜的内衬为聚四氟乙烯。
[0016]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述浸泡重复进行2～6次。
[0017]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述冷冻干燥的具体方法为：在-50℃冷肼中冷冻12小时，置于冷冻干燥机中干燥。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术首次采用乙二醇氧钒和氧化石墨烯溶液作为原料制备二氧化钒与氧化石墨烯复合材料，相比现有技术中采用的五氧化二钒，相比现有制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料需还原五价钒源后再经高温焙烧的流程，采用乙二醇氧钒可以直接采用水热法一步反应生成二氧化钒与氧化石墨烯复合材料。本专利技术反应流程短，操作简单，制备过程中无有毒有害物质的产生，经济环保，同时不需要特殊的大型设备和苛刻的介质气氛，易于大规模工业化生产，且本专利技术制备的复合材料可应用于锂电池负极材料，具有优异的循环稳定性和高倍率性能。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供了一种二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]a、制备乙二醇氧钒
[0022]将钒源与乙二醇按照质量比1:1～20进行混合，于30～200℃下搅拌反应2～12h，冷却至室温，过滤，得乙二醇氧钒溶液；
[0023]b、制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料
[0024]将乙二醇氧钒溶液、氧化石墨烯溶液、去离子水按体积比为1:1:3～10的比例放入水热反应釜中，于120～220℃下保温反应12～24h，冷却后将反应产物于去离子水中浸泡24h，冷冻干燥后，得到二氧化钒与氧化石墨烯复合材料。
[0025]其中，为了更好的制备得到乙二醇氧钒，步骤a所述的钒源包括偏钒酸铵、五氧化二钒或硫酸氧钒中的至少一种。上述钒源一般要求V含量在15～60g/L范围内，钒源与乙二
醇的配比根据钒源中V含量的不同进行相应的调整，但专利技术人经过大量试验确定，在钒源与乙二醇质量比为1:1～20时，能够制备得到更多的乙二醇氧钒。本专利技术采用的乙二醇为分析纯。
[0026]其中，为了避免浓度过高导致氧化石墨烯溶液粘度大，步骤b所述的氧化石墨烯溶液浓度为0.5～5mg/mL。
[0027]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述的水热反应釜的内衬为聚四氟乙烯。采用聚四氟乙烯内衬的水热反应釜，可在260℃以下长期使用且不会对样品造成污染，避免使用玻璃内衬引入杂质硅。
[0028]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述浸泡重复进行2～6次。
[0029]其中，上述二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法中，步骤b所述冷冻干燥的具体方法为：在-50℃冷肼中冷冻12小时，置于冷冻干燥机中干燥。
[0030]本专利技术特别的采用的乙二醇氧钒溶液作为原料来制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料，一般情况下，制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料的原料是五氧化二钒，但由于乙二醇氧钒通过水热反应可一步原位生成二氧化钒/氧化石墨烯复合材料，且反应温度低。因此采用其作为原料能够节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、制备乙二醇氧钒将钒源与乙二醇按照质量比1:1～20进行混合，于30～200℃下搅拌反应2～12h，冷却至室温，过滤，得乙二醇氧钒溶液；b、制备二氧化钒/氧化石墨烯复合材料将乙二醇氧钒溶液、氧化石墨烯溶液、去离子水按体积比为1:1:3～10的比例放入水热反应釜中，于120～220℃下保温反应12～24h，冷却后将反应产物于去离子水中浸泡24h，冷冻干燥后，得到二氧化钒与氧化石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的二氧化钒与氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述的钒源包括偏钒酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚洁，李道玉，刘波，彭穗，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：