(b)納米帶及其制備方法和用其組裝的鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VO2 (B)納米帶及其制備方法和用其組裝的鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，環(huán)境日益惡化、能源危機(jī)日益嚴(yán)重，尋求新的綠色可代替能源以及能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存體系進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展已成為全人類共同的愿望和奮斗目標(biāo)。而鋰電池是適應(yīng)這種需求的最佳選擇。
[0003]與其它電池相比，鋰離子電池電壓高、比能量高、工作溫度范圍高、放電平穩(wěn)、存儲(chǔ)時(shí)間長、安全性能好、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)，可隨時(shí)充放電而不影響其容量和循環(huán)壽命。鋰離子電池的電化學(xué)性能主要取決于所用電極材料和電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)和性能，尤其是電極材料的選擇和質(zhì)量直接決定著鋰電子電池的特性和價(jià)格。正極材料作為鋰離子電池的一個(gè)重要組成部分，其性能決定了鋰離子電池的比容量，正極材料的比容量每提高50%，電池的功率密度就會(huì)提高28%。
[0004]近年來，釩氧化物作為一種新的鋰離子電池正極材料，不斷得到人們的關(guān)注。釩氧化物與其它正極材料相比，具有較高的比容量…的氧化價(jià)態(tài)多樣，具有良好的反應(yīng)活性；并且我國具有豐富的釩資源。這些優(yōu)點(diǎn)使釩氧化物作為正極材料具有很強(qiáng)的吸引力。
[0005]合理的開發(fā)應(yīng)用釩氧化物，將具有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006][要解決的技術(shù)問題]
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種VO2(B)納米帶及其制備方法和用其組裝的鋰電池；該VO2(B)納米帶超長；該制備方法操作簡單、成本低；并且用該VO2(B)納米帶組裝的鋰電池具有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0008][技術(shù)方案]
[0009]為了達(dá)到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明利用釩源和酚類化合物混合，溶于水中，在聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜進(jìn)行恒溫反應(yīng)后，得到一種超長的VO2 (B)納米帶。該V0JB)納米帶組裝的鋰電池比容量高和循環(huán)穩(wěn)定性好。
[0011]一種VO2(B)納米帶的制備方法，其特征在于它包括以下步驟:
[0012]首先，將釩源和酚類化合物按物質(zhì)的量之比為1:1.8?2.2配料；
[0013]然后，加入去離子水，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)Il中；
[0014]接著，在溫度為180?220°C的條件下水熱反應(yīng)12?48h，得到藍(lán)黑色產(chǎn)物；
[0015]最后，溶劑洗滌產(chǎn)物、干燥，得到所述的VO2⑶納米帶。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述釩源選自五氧化二釩、釩的過氧酸或偏釩酸銨。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述酚類化合物選自二叔丁基對甲酚、α -生育酚或2，3，6-甲基-4-甲氧基苯酚。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述溶劑為去離子水和無水乙醇；溶劑洗滌的方式是先用去離子水洗滌，接著用無水乙醇洗滌，所述溶劑洗滌重復(fù)3次。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述干燥溫度為50?80 °C ;干燥時(shí)間為4?5小時(shí)。
[0020]上述制備方法制備的VO2(B)納米帶，其特征在于該VO2(B)納米帶直徑為50?200nm、長度為 10 ?600 μ mD
[0021]所述的VO2⑶納米帶組裝的鋰電池，其特征在所述鋰電池由以下材料組成:
[0022]鋰電池正極:按VOjB)納米帶、聚四氟乙稀和炭黑的質(zhì)量比80:10:10混合研磨后，均勻地涂在圓形鋁片上；
[0023]鋰電池負(fù)極:金屬鋰；
[0024]鋰電池電解液:IM LiPF6的EC+DMC ；所述EC與DMC的體積比為1:1。
[0025]下面將詳細(xì)地說明本發(fā)明。
[0026]一種VO2 (B)納米帶的制備方法，其特征在于它包括以下步驟:
[0027]首先，將釩源和酚類化合物按物質(zhì)的量之比為1:1.8?2.2配料；
[0028]只有本發(fā)明釩源和酚類化合物的物質(zhì)的量之比為1:1.8?2.2時(shí)，才能獲得純度最高的VO2 (B)納米帶，而不產(chǎn)生其他雜質(zhì)產(chǎn)物。這里的I凡源一般選擇五價(jià)的I凡類化合物。
[0029]然后，加入去離子水，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅D(zhuǎn)入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)Il中；
[0030]所述的磁力攪拌器充分?jǐn)嚢枋菫榱耸狗磻?yīng)原料充分的溶解。而聚四氟乙烯襯底是因?yàn)樵摬牧喜慌c釩源、酚類化合物進(jìn)行反應(yīng)，影響反應(yīng)結(jié)果。
[0031]接著，在溫度為180?220°C的條件下水熱反應(yīng)12?48h，得到藍(lán)黑色產(chǎn)物；
[0032]溫度的選擇非常重要，如果反應(yīng)溫度過低，釩源還原不充分；如果溫度過高，釩源易轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的VO2 (R)。但是VO2 (R)的結(jié)構(gòu)卻不能作為電池材料。
[0033]VO2具有VO2 (R)、VO2 (M)、VO2(B)和VO2(A)四種多晶結(jié)構(gòu)，它們屬同素異構(gòu)體;其中，VO2 (M)屬于單斜晶體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體，對紅外光具有高的透過率；V02(R)屬于金紅石結(jié)構(gòu)、導(dǎo)體，對紅外光具有高的反射率；VO2 (B)和VO2 (A)是亞穩(wěn)相，隨著溫度的升高，VO2(R)向VO2(A)^VO2 (R)轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。研宄表明，只有VO2 (B)具有層狀結(jié)構(gòu)，具有較高的充放電比容，在鋰電池陰極材料方面有很大的應(yīng)用潛力。
[0034]本發(fā)明使用的水熱反應(yīng)主要是為了保持反應(yīng)的恒溫，避免產(chǎn)生內(nèi)外過大的溫度梯度，影響反應(yīng)效果。
[0035]最后，溶劑洗滌產(chǎn)物、干燥，得到所述的VO2⑶納米帶。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述釩源選自五氧化二釩、釩的過氧酸或偏釩酸銨。
[0037]其中，應(yīng)用五氧化二釩作為釩源的較多。根據(jù)分析，五氧化二釩的還原順序?yàn)閂2O5-V6O13- VO2-V3O5-V2O3O
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述酚類化合物選自二叔丁基對甲酚、α -生育酚或2，3，6-甲基-4-甲氧基苯酚。
[0039]酚類化合物因?yàn)槠渲杏谢钴S的羥基，具有將強(qiáng)的反應(yīng)活性。本發(fā)明中，更優(yōu)選二叔丁基對甲酚。利用二叔丁基對甲酚與釩源進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，利用XRD等方式檢測，沒有殘留的物質(zhì)及雜質(zhì)，說明產(chǎn)物全部是VO2(B)納米帶。原因是二叔丁基對甲酚被還原成二氧化碳、水，被蒸發(fā)掉了 ；或者二叔丁基對甲酚在水熱反應(yīng)后的液體中，反應(yīng)完后隨液體一起倒掉，只留下藍(lán)黑色產(chǎn)物。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述溶劑為去離子水和無水乙醇；溶劑洗滌的方式是先用去離子水洗滌，接著用無水乙醇洗滌，所述溶劑洗滌重復(fù)3次。
[0041]洗滌的目的是洗去粘附在產(chǎn)物表面的反應(yīng)液，保證產(chǎn)物的純度。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述干燥溫度為50?80 °C ;干燥時(shí)間為4?5小時(shí)。
[0043]干燥溫度太高容易使產(chǎn)物氧化，過低則干燥時(shí)間就會(huì)太長。
[0044]上述制備方法制備的VO2(B)納米帶，其特征在于該VO2 (B)納米帶直徑為50?200nm、長度為 10 ?600 μ mD
[0045]所述的VO2⑶納米帶組裝的鋰電池，其特征在所述鋰電池由以下材料組成:
[0046]鋰電池正極:按VOjB)納米帶、聚四氟乙稀和炭黑的質(zhì)量比80:10:10混合研磨后，均勻地涂在圓形鋁片上；
[0047]鋰電池負(fù)極:金屬鋰；
[0048]鋰電池電解液:IM LiPF6的EC+DMC ；所述EC與DMC的體積比為1:1。
[0049]所述的鋰電池的所有組裝過程均在手套箱里進(jìn)行。
[00