一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将V2O5和H2C2O4·

【技术实现步骤摘要】
一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料领域，涉及一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有高能量密度和较宽的输出电压，在便携式设备的储能装置市场中占有统治性的地位。近年来随着电动汽车、电子产品、储能等领域的不断发展，以石墨作为负极材料的锂离子电池已经不能满足当今市场的能量需求，因此制备高性能负极材料变得至关重要。
[0003]钒氧化物(比如V2O5,VO2,V2O3,V3O7)作为锂离子负极材料已经被研究，并且在储能方面效果显著。值得注意的是，V2O3作为钒氧化物中的一员，具有毒性低、价格低廉和理论容量高等优点，且V2O3晶体结构中存在大量的隧道，有利于锂离子的插层或脱插，作为锂离子负极材料时，使其具有高达1070mAh/g的理论容量。此外，在V2O3的三维V
‑
V框架中V
3d
电子可以沿着V
‑
V链流动，从而使其具有固有的金属行为，这也使它们具有相对较高的导电性。近年来，V2O3作为LIBs的高性能负极材料受到越来越多的关注。然而，V2O3嵌锂过程中体积膨胀较大，容易引起循环过程中容量发生衰减，使其表现出较差的电化学性能。将碳与纳米V2O3复合形成碳包覆结构是解决上述问题的一种可行办法，碳的引入不仅可以提高V2O3的导电性，还可以抑制其体积膨胀，进而提高电化学性能。
[0004]目前，制备V2O3@C复合材料的碳源主要是碳纳米管、石墨烯等材料，虽然有效提高了V2O3的储锂性能，但成本较高，不利于进一步实际应用。而煤焦油中温沥青是价格低廉、来源范围广的优质碳前驱体，以煤沥青为碳源制备煤沥青基V2O3@C复合材料既可以提高煤焦油沥青的附加值，还能够有效的改善V2O3的电化学性能。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法，采用水溶性沥青碳包覆V2O3制备锂离子电池负极电极材料，改善V2O3的电化学性能，开拓V2O3作为锂离子电池负极材料的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将0.3
‑
0.4g V2O5和0.7
‑
0.8g H2C2O4·
2H2O溶解到10
‑
20mL去离子水中，在水浴锅中加热至60
‑
80℃，生成草酸氧钒溶液；
[0009]2)取0.09
‑
0.45g水溶性沥青溶于50
‑
70mL乙二醇溶液，将溶液在水浴锅中60
‑
80℃搅拌0.5
‑
1.5h，将搅拌好的溶液与得到的草酸氧钒溶液一同加入到100mL聚四氟乙烯反应釜中，置于鼓风干燥箱，160
‑
200℃反应10
‑
14h；
[0010]3)水热反应后得到黑色沉淀，用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次除去杂质，洗涤后的黑色沉淀70
‑
90℃真空干燥10
‑
14h，即得前驱体；
[0011]4)将该前驱体在真空管式炉中，在N2与H2的混合气氛中升温至500
‑
700℃并煅烧2
‑
4h，升温速率为2
‑
4℃/min，冷却后即得V2O3@C复合材料。
[0012]所述的水溶性沥青以煤焦油中温沥青为原料，用混酸氧化法制备获得，包括以下步骤：
[0013]1)煤焦油中温沥青粉碎过350目筛网；
[0014]2)量取40
‑
60mL混酸，与2
‑
4g的中温煤沥青混合均匀；
[0015]3)将混合均匀的物料在聚四氟乙烯反应釜中，并放入鼓风干燥箱中反应，反应条件为80
‑
100℃，反应时间1
‑
4h；反应结束后，采用减压抽滤将所得滤饼用去离子水洗涤至中性；
[0016]4)将所得固体加入到150
‑
250mL浓度为1mol/L的NaOH溶液中，使溶液pH>12，70
‑
90℃以300
‑
400r/min的搅拌速度搅拌1
‑
4h，减压抽滤收集滤液；
[0017]5)在所得滤液中逐渐滴加浓度为1mol/L的HCl，调节pH＝2，这时有沉淀生成，离心分离，将所得的沉淀物用去离子水洗涤至pH＝5，在70
‑
90℃下干燥10
‑
14h后，即得水溶性沥青。
[0018]步骤2)中所述的水溶性沥青为0.1g、0.2g或0.4g。
[0019]步骤4)中所述的N2与H2的体积比为9:1。
[0020]步骤2)中所述的混酸为浓度为65％硝酸、浓度为98％硫酸的混合物，所述的硝酸与硫酸的体积比为3:7。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法取代了较为昂贵的碳源等材料，通过混酸氧化煤沥青中温沥青得到水溶性沥青，并经过简单的水热反应和高温炭化过程，将水溶性沥青形成导电性良好的碳网络包覆在V2O3颗粒表面。将煤沥青基V2O3@C复合材料应用于锂离子半电池的负极材料中，提高了复合材料的电化学性能，减轻循环过程中的容量衰减，且当碳含量为42.7％时，复合材料的电化学性能最好，在电流密度为0.1A/g时循环100圈具有580.2mAh/g的可逆容量，在5A/g的大电流密度下，循环500圈后仍然有着234mAh/g的可逆容量。
附图说明
[0023]图1是原料沥青与水溶性沥青的红外光谱图。
[0024]图2是原料沥青与水溶性沥青的XRD图。
[0025]图3是V2O3和煤沥青基V2O3@C复合材料的XRD谱图。
[0026]图4是煤沥青基V2O3@C复合材料的电镜图。
[0027]图4中：(a)、(b)是V2O3的扫描电镜图；(c)、(d)是V2O3@C
‑
1的扫描电镜图；(e)、(f)是V2O3@C
‑
2的扫描电镜图；(g)、(h)是V2O3@C
‑
4的扫描电镜图。
[0028]图5是煤沥青基V2O3@C复合材料的EDS能谱图。
[0029]图6是煤沥青基V2O3@C复合材料的热重曲线图。
[0030]图7中(a)是煤沥青基V2O3@C复合材料与V2O3的循环性能图；(b)是倍率性能图；(c)是长循环性能图。
具体实施方式
[0031]下面结合说明书附图对本专利技术进行详细地描述，但是应该指出本专利技术的实施不限于以下的实施方式。
[0032]实施例
[0033]1、以鞍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将0.3
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0.4g V2O5和0.7
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0.8g H2C2O4·
2H2O溶解到10
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20mL去离子水中，在水浴锅中加热至60
‑
80℃，生成草酸氧钒溶液；2)取0.09
‑
0.45g水溶性沥青溶于50
‑
70mL乙二醇溶液，将溶液在水浴锅中60
‑
80℃搅拌0.5
‑
1.5h，将搅拌好的溶液与得到的草酸氧钒溶液一同加入到100mL聚四氟乙烯反应釜中，置于鼓风干燥箱，160
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200℃反应10
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14h；3)水热反应后得到黑色沉淀，用去离子水和无水乙醇离心洗涤3次除去杂质，洗涤后的黑色沉淀70
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90℃真空干燥10
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14h，即得前驱体；4)将该前驱体在真空管式炉中，在N2与H2的混合气氛中升温至500
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700℃并煅烧2
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4h，升温速率为2
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4℃/min，冷却后即得V2O3@C复合材料。2.根据权利要求1所述的一种煤沥青基V2O3@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述的水溶性沥青以煤焦油中温沥青为原料，用混酸氧化法制备获得，包括以下步骤：1)煤焦油中温...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫民，李建科，牟远，刘渤，王坤，徐桂英，陈绍贝，高占先，李莉香，安百钢，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：