应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法。其制备步骤如下：取一定浓度的Fe(NO3)3溶液充分浸透介孔炭材料形成混合液。随后向混合液中逐滴加入相应化学计量比的NH4VO3溶液，反应一段时间后烘干得到材料前躯体，通过前驱体煅烧获得FeVO4/C复合材料。由于该材料具有丰富的孔结构和较大的比表面积，使其吸附能力较强。另外，与优异导电性的炭材料复合有效地提高了材料的导电性，是一种应用于锂二次电池的良好电极材料。用于锂二次电池的良好电极材料。用于锂二次电池的良好电极材料。

【技术实现步骤摘要】
应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂二次电池电极材料制备
，尤其涉及在介孔炭中原位填充FeVO4形成FeVO4/C复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术水平的进一步发展，各种设备对能源的要求也不断提高。锂离子电池作为新一代能源系统，由于清洁、便携、高比能量、循环寿命长等特点，被广泛的应用于生活中的多个领域：军事、交通、电子产品等。锂离子电池优异特性主要与电极材料有关。通常其正极材料的比容量小于负极材料，造成锂离子电池的正负极容量不匹配，因此，正极材料制约了锂离子电池整体容量的提高。开发高容量正极材料势在必行。铁钒氧化物作为锂二次电池正极材料，因Fe和V价态多变，而具有潜在的高比容量。
[0003]无定形FeVO4作为电池正极材料首次放电比容量在220mAh/g左右，较现有常用的锂电池正极材料(LiCoO2为150mAh/g左右，LiFePO4为170mAh/g左右)有较高的比能量。但FeVO4作为电极材料由于电导率低，导致其电化学性质和循环稳定性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是解决现有技术中由于FeVO4电导率低、导致FeVO4作为电极材料时电化学性质和循环稳定性较差的问题，提供具有良好导电性的FeVO4/C复合材料的制备方法。
[0005]应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法，即将处理好的介孔炭与一定浓度的硝酸铁溶液充分混合，再按照Fe:V的摩尔比为1:1的化学计量比逐滴加入偏钒酸铵溶液进行反应得到前躯体材料，通过对得到的前躯体材料煅烧制备出应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料。
[0006]具体制备步骤如下：
[0007]1)进行介孔炭材料的处理：将质量分数为0.5～2g的介孔炭放置于玛瑙研钵中充分研磨成 200目粉末，放入容器中进行抽真空处理，把介孔炭空隙中的水分抽干，使孔完全打开；
[0008]2)进行前驱体材料的制备：将2mol/L的Fe(NO3)3溶液转移到备用介孔炭材料的容器中，超声振荡，混合均匀，同时打开真空泵，以便Fe(NO3)3溶液尽可能浸入到介孔炭的孔内，逐滴逐滴加入相应化学计量比的NH4VO3溶液，使反应中Fe:V的摩尔比为1:1，继续反应至完全，将混合液取出，60～120℃条件下蒸干，获得前躯体材料；
[0009]3)最后进行FeVO4/C复合材料的制备：将步骤2)所获得的前驱体材料置于真空环境中，以3℃/min的升温速率升至300～550℃进行高温煅烧24小时，通过乙醇、去离子水洗涤和干燥后，得到产物FeVO4/C复合材料。
[0010]本专利技术的优点和有益效果：
[0011]1)本专利技术采用原位生长的方式在介孔炭中填入FeVO4形成FeVO4/C复合材料，通过提高其电导率的手段改善其电化学性能，以介孔炭、硝酸铁、偏钒酸铵为原料，原位渗透、混
合以及煅烧制备了FeVO4/C复合材料，在介孔炭中原位生成的FeVO4实现了纳米化，且介孔炭的高导电性有助于提高其导电性从而改善其循环性能。
[0012]2)FeVO4/C复合材料具有丰富的孔结构和较大的比表面积(144m2/g)，使其吸附能力较强，能够容纳更多锂离子，FeVO4/C复合材料首次放电比容量为249mAh/g。另外，介孔炭的引入能够提高材料的导电性，40周循环后FeVO4/C复合材料的容量仍能达到228mAh/g。
[0013]3)由于本专利技术制备的材料具有丰富的孔结构和较大的比表面积，使其吸附能力较强。与优异导电性的炭材料复合有效地提高了材料的导电性，是一种应用于锂二次电池的良好电极材料。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1所得不同气氛下原位生成FeVO4/C和Fe2VO4/C复合材料于的XRD，其中，曲线a:空气氛围下原位生成FeVO4/C复合材料，b:Ar气氛围下原位生成Fe2VO4/C复合材料。
[0015]图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)、图2(f)为本专利技术实施例2所得FeVO4/C复合材料和介孔炭的扫描电镜和透射电镜图像，其中，图2(a)介孔炭的低倍扫描电镜图(SEM)，图2(b)FeVO4/C复合材料的低倍扫描电镜图(SEM)，图2(c)介孔炭的透射电镜图(TEM)，图2(d)FeVO4/C复合材料的透射电镜图(SEM)，图2(e)介孔炭的高倍透射电镜图(HR-TEM)，图2(f)FeVO4/C复合材料的高倍透射电镜图(HR-TEM)。
[0016]图3(a)、图3(b)为本专利技术实施例2所得FeVO4/C复合材料与介孔炭的孔径分布图和N2吸/脱附曲线，其中，图3(a)FeVO4/C复合材料与介孔炭的孔径分布图，图3(b)FeVO4/C 复合材料与介孔炭的N2吸/脱附曲线。
[0017]图4为本专利技术实施例3所得FeVO4/C复合材料的交流阻抗谱和等效电路图。
[0018]图5为本专利技术实施例3所得FeVO4/C复合材料的循环性能比较图。
具体实施方式
[0019]为对本专利技术进行更好的说明，举实施例如下，以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不限制本专利技术的范围。
[0020]实施例1
[0021]1)介孔炭材料的处理：将2g介孔炭放置于玛瑙研钵中充分研磨成200目粉末，放入平底烧瓶中进行抽真空处理。把介孔炭空隙中的水分抽干，将孔完全打开。
[0022]2)前驱体的制备：将2mol/L的Fe(NO3)3溶液转移到备用介孔炭材料的平底烧瓶中，超声振荡，混合均匀。同时打开真空泵，以便Fe(NO3)3溶液尽可能浸入到介孔炭的孔内。逐滴加入2mol/L的NH4VO3溶液，继续反应至完全。将混合液取出，60℃条件下蒸干，获得前躯体材料。其中，Fe:V的原子比为1：1。
[0023]3)FeVO4/C复合材料的制备：将步骤2)所获得的前驱体分别在在真空和空气环境下，以3℃/min的升温速率升至550℃进行高温煅烧24小时，通过乙醇、去离子水洗涤和干燥一夜，得到产物FeVO4/C复合材料。
[0024]图1是原位生成FeVO4/C复合材料550℃下煅烧24h的产物，a为在空气氛下煅烧，b 为在Ar气氛保护下煅烧。首先将FeVO4/C复合材料在空气中550℃灼烧24h，产物为a，图中生
成物a与标准卡片JCPDS 38-1372相一致，对应三斜型FeVO4(C在350℃左右时与空气中的氧气发生反应，生成气体跑掉)。认为合成的复合材料为FeVO4/C的复合材料。如果将 FeVO4/C复合材料在惰性气体保护下于550℃下煅烧24h，产物为图中b，产物b与标准卡片 JCPDS 75-1519相一致，对应立方型Fe2VO4晶体(C与FeVO4在高温下发生还原反应，将Fe
3+
还原为Fe
2+
，V
5+
还原为V
4+
)。因此过高温度不利于FeVO4的生成。
[0025]实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：1)进行介孔炭材料的处理；2)进行前驱体材料的制备；将处理好的介孔炭与硝酸铁(Fe(NO3)3)溶液充分混合，再按照Fe:V的摩尔比为1:1的化学计量比逐滴加入偏钒酸铵溶液进行反应得到前躯体材料，3)最后进行FeVO4/C复合材料的制备：通过对前躯体材料的煅烧制备出应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料。2.根据权利要求1所述的应用于锂二次电池的FeVO4/C复合材料的制备方法，其特征在于，介孔炭的处理方法是：将介孔炭置于玛瑙研钵中充分研磨成200目粉末，放入容器中进行抽真空处理，把介孔炭空隙中的水分抽干，将孔完全打开。3.根据权利要求1所述的应用于锂二次电池的FeV...

【专利技术属性】
技术研发人员：司玉昌，张紫瑞，王卫国，尹吉庆，李惠惠，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队后勤学院，
类型：发明
国别省市：