钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及钒氧化物包覆碳化物复合材料技术领域，特别涉及一种低温氧化钒碳化物来制备复合材料粉体的新方法。


背景技术：

2.钒氧化物以独特的晶体结构、高理论容量和低成本等成为了锂离子电池负极材料的研究热点。但鉴于其有较低的电子导电性和循环中存在较大体积形变，钒氧化物于锂离子电池中呈现出较差的倍率性能和循环稳定性。目前主要利用水热法、模板法对钒氧化物表面碳包覆或构建其与碳材料的复合物来改善其电化学性能，但这些方法皆存在成本较高、操作较复杂等不足，且所得产物的电化学性能尚不理想。因此，探索新的改善钒氧化物电化学性能的技术无疑有重要意义。


技术实现要素：

3.针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法。
4.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
5.一种钒氧化物包覆碳化物复合材料制备方法，采用钒碳化物为原料，在空气氛围低温退火处理后制得钒氧化物包覆钒碳化物的复合材料，在低温退火处理时的温度控制在350～450℃,时间为小于或等于1小时，无需控制氧分压，处于开放的空气氛围。所述钒碳化物可以为vc、v2c或两者的混合物，如采用v2c(vc)为原料。钒氧化物的包覆不宜过厚，太厚则影响导电性，优选不大于1微米。
6.所述复合材料的化学式为v
x
oy@vac，其中1≤x≤6，1≤y≤13，a＝1,2。所述复合材料具有颗粒尺度小、结晶度较高等优点，适宜作锂离子电池的负极材料。
7.一种钒氧化物包覆碳化物复合材料，包括内核部分及包覆在该内核部分上的外层部分，所述内核部分为钒碳化物，所述外层部分为钒氧化物。所述外层部分的厚度小于1微米。
8.一种上述的钒氧化物包覆碳化物复合材料应用于锂离子电池的负极材料。
9.本发明的有益效果为：本发明合理利用钒的碳化物于一定温度的空气中极易氧化的特性，采用低温退火处理合成了钒氧化物包覆碳化物的复合材料，无需控制氧分压，即氧化过程处于开放的空气氛围中，整个制备方法具有易于操作、设备简单、效率高和成本低廉等特点，且制备的复合材料粉体具有颗粒尺度小、结晶度高等特点，适宜作锂离子电池的负极材料。
10.下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
11.图1为本发明的流程示意图。
12.图2为实施例1制备的钒氧化物包覆碳化物复合材料粉体的xrd图谱。
13.图3为实施例1制备的钒氧化物包覆碳化物复合材料粉体的sem形貌图。
14.图4为实施例1制备的钒氧化物包覆碳化物复合材料粉体的sem截面图。
15.图5为实施例1制备的钒氧化物包覆碳化物复合材料用作锂离子电池负极材料的倍率性能图。
具体实施方式
16.实施例1：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将质量比为80wt.％v2c 20wt.％vc的混合物粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至400℃且保温1h。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。其xrd和表面sem分析结果分别如图2和图3所示。图2中的横坐标2θ代表衍射角(degree)，纵坐标intensity代表强度。通过图4的sem截面分析结果表明所得产物中钒氧化物包裹于钒碳化物的外层。将制备的复合材料作活性物质，与炭黑和pvdf以质量比为7：2：1的比例混合作电极极片，用锂片作对电极，多孔聚丙烯为隔膜，1mol/l lipf6为电解液，在水、氧分压皆低于0.01ppm的手套箱内组装成扣式电池，图5为倍率性能测试结果。
17.实施例2：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将质量比为90wt.％v2c、10wt.％vc的混合物粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至350℃且保温1h。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
18.实施例3：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将v2c粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至350℃且保温0.5h。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
19.实施例4：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将vc粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至400℃且保温40min。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
20.实施例5：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将v2c粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至450℃且保温20min。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
21.实施例6：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将质量比为70wt.％v2c、30wt.％vc的混合物粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至400℃且保温45min。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
22.实施例7：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将vc粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至350℃且保温0.5h。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包
覆碳化物复合材料。
23.实施例8：本实施例提供一种钒氧化物包覆碳化物复合材料及其制备方法，将v2c粉末均匀铺放在刚玉坩埚中，并置于不锈钢高温管式反应炉内，在空气氛围中，以5℃/min的速率升温至420℃且保温0.5h。样品随炉冷却至室温后，将样品取出，即可获得钒氧化物包覆碳化物复合材料。
24.上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。本发明合理利用钒的碳化物于一定温度的空气中极易氧化的特性，采用低温退火处理合成了钒氧化物包覆碳化物的复合材料，无需控制氧分压，具有易于操作、设备简单、效率高和成本低廉等特点，且制备的复合材料粉体具有颗粒尺度小、结晶度高等特点。
25.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的步骤而得到的其它复合材料及其制备方法，均在本发明保护范围内。