碳包覆含釩復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料冶金領域，具體涉及一種碳包覆含釩復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]材料是科學技術發展的基礎，復合材料作為最新發展起來的一大類新型材料，對科學技術的發展產生了極大的推動作用。對航空航天事業的影響尤為顯著。復合材料的發展近幾十年來極為迅速。從最早出現的宏觀復合材料，如水泥與砂石、鋼筋復合而成的混凝土，到隨后發展起來的微觀復合材料:聚合物基、金屬基和無機非金屬材料基復合材料。各種新型復合材料及其制備技術猶如雨后春筍般出現，同時，隨著科學技術的發展，特別是尖端科學技術的突飛猛進，對材料的性能要求越來越高，因而對復合材料也提出了更高的要求。
[0003]其中，在航天、汽車、電池等領域，低成本、高性能的復合材料必將越來越受重視，今后發展潛力也是十分巨大，目前許多新技術也正在開發中。碳包覆含釩復合材料，由于具有導電性良好、可嵌入式層狀結構、良好的耐酸堿性等一系列優點，可以廣泛應用于電化學儲能領域。與鋰鹽相混合高溫焙燒后，作為鋰離子二次電池的正極材料，或者直接作為電池的負極材料、贗電容法拉第電容器的電極材料；利用其層狀結構特點，可以使其能夠與各種鋰鹽，進行摻雜改性處理，制備出不同的復合材料；還可以應用于脫硫、脫硝領域，用途十分廣泛。
[0004]目前，工業化制取碳包覆含釩復合材料的方法為高溫固相合成方法。以五氧化二釩為釩源，含碳有機物為添加劑，長時間機械研磨后，進行高溫固相焙燒，使含碳有機物揮發，從而完成對五氧化二釩粒子的包覆行為，制取得到復合材料。上述方法，混合均勻前驅體的制備，是利用機械能使釩源、碳源混合均勻。存在如下缺點:機械研磨時間過長；分子尺度下均勻性難以保證。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種制備顆粒均勻，性能良好的碳包覆含釩復合材料的方法。
[0006]本發明碳包覆含釩復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007]a、液態導電劑的制備:按照質量比0.5?1.5:0.5?1.5，將預添加導電劑溶解在溶劑中，攪拌，調節溶液pH值為3?5，得到液態導電劑；
[0008]b、復合材料前驅體制備:按照體積比，向含釩溶液中加入步驟a中得到的液態導電劑:含銀溶液=0.1:0.5?1.5，隨后按照重量比，加入沉淀劑:銀含量=0.5?1.5:0.5?1.5，調節溶液pH值為1?3，加熱至90?95°C，沉淀50?70min，制得碳包覆含釩復合材料前驅體；
[0009]c、碳包覆含釩復合材料制備:將b步驟制備的碳包覆含釩復合材料前驅體，在300?400°C，進行第一段預焙燒，焙燒時間為1?2h ;隨后，在700?800°C下進行第二段焙燒，焙燒時間為2?4h，得到碳包覆含釩復合材料。
[0010]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中a步驟中按照質量比，預添加導電劑:溶劑=1:1。
[0011]上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中預添加導電劑為聚吡咯、碳纖維、石墨烯、乙炔黑中至少一種；溶劑為過氧化氫、乙醇或冰乙酸中至少一種。
[0012]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述預添加導電劑優選為聚吡咯；溶劑優選為冰乙酸。
[0013]上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中含釩溶液的濃度為0.14?
0.22mol/L0
[0014]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中b步驟中按照體積比，向含釩溶液中加入步驟a中得到的液態導電劑:含釩溶液=
0.1:1，隨后按照重量比，加入沉淀劑:銀含量=1:1，調節pH值為2，加熱沉淀60min。
[0015]上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中沉淀劑為硫酸銨、碳酸氫銨或碳酸銨中至少一種。
[0016]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述碳包覆含銀復合材料的制備方法，其中c步驟中第一預焙燒溫度優選為350°C。
[0017]本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種顆粒均勻，性能良好的碳包覆含釩復合材料。
[0018]上述所述制備方法制備的碳包覆含釩復合材料，由以下方法步驟制備而成:
[0019]a、液態導電劑的制備:按照質量比0.5?1.5:0.5?1.5，將預添加導電劑溶解在溶劑中，攪拌，調節溶液pH值為3?5，得到液態導電劑；
[0020]b、復合材料前驅體制備:按照體積比，向含釩溶液中加入步驟a中得到的液態導電劑:含銀溶液=0.1:0.5?1.5，隨后按照重量比，加入沉淀劑:銀含量=0.5?
1.5:0.5?1.5，調節溶液pH值為1?3，加熱至90?95°C，沉淀50?70min，制得碳包覆含釩復合材料前驅體；
[0021]c、碳包覆含釩復合材料制備:將b步驟制備的碳包覆含釩復合材料前驅體，在300?400°C，進行第一段預焙燒，焙燒時間為1?2h ;隨后，在700?800°C下進行第二段焙燒，焙燒時間為2?4h，得到碳包覆含釩復合材料。
[0022]上述所述碳包覆含釩復合材料，其中預添加導電劑為聚吡咯、碳纖維、石墨烯、乙炔黑中至少一種；溶劑為過氧化氫、乙醇或冰乙酸中至少一種。
[0023]上述所述碳包覆含釩復合材料，其中所述預添加導電劑優選為聚吡咯；溶劑優選為冰乙酸。
[0024]上述所述碳包覆含釩復合材料，其中沉淀劑為硫酸銨、碳酸氫銨或碳酸銨中至少一種。
[0025]本發明制備碳包覆復合材料，利用液相混合制取前驅體，接續固相焙燒的方法，制備的碳包覆含釩復合材料具有顆粒成型均勻，性能良好，其用于電化學儲能領域，具有導電性良好、可嵌入式層狀結構、良好的耐酸堿性等一系列優點，還可作為鋰離子電池的正極材料。其制備方法簡單，避免現有技術中機械研磨時間長的問題，達到了分子尺度下的均勻混入口 ο
【具體實施方式】
[0026]本發明碳包覆含釩復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0027]a、液態導電劑的制備:按照質量比0.5?1.5:0.5?1.5，將預添加導電劑溶解在溶劑中，攪拌，調節溶液pH值為3?5，得到液態導電劑；
[0028]b、復合材料前驅體制備:按照體積比，向含釩溶液中加入步驟a中得到的液態導電劑:含銀溶液=0.1:0.5?1.5，隨后按照重量比，加入沉淀劑:銀含量=0.5?
1.5:0.5?1.5，調節溶液pH值為1?3，加熱至90?95°C，沉淀50?70min，制得碳包覆含釩復合材料前驅體；
[0029]c、碳包覆含釩復合材料制備:將b步驟制備的碳包覆含釩復合材料前驅體，在300?400°C，進行第一段預焙燒，焙燒時間為1?2h ;隨后，在700?800°C下進行第二段焙燒，焙燒時間為2?4h，得到碳包覆含釩復合材料。
[0030]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中a步驟中按照質量比，預添加導電劑:溶劑=1:1。
[0031]上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中預添加導電劑為聚吡咯、碳纖維、石墨烯、乙炔黑中至少一種；溶劑為過氧化氫、乙醇或冰乙酸中至少一種。
[0032]進一步的，由于聚吡咯的導電性好，在鋰離子電池工作過程中，對所所合成的材料，具有保護的作用，所以上述所述預添加導電劑優選為聚吡咯。
[0033]進一步的，由于冰乙酸對聚吡咯的溶解性特別好，其反應后產物清潔，價格低廉，不會對環境造成影響，所以溶劑優選為冰乙酸。
[0034]上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中含釩溶液的濃度為0.14?0.22mol/L0
[0035]進一步的，作為更優選的技術方案，上述所述碳包覆含釩復合材料的制備方法，其中b步驟中按照體積比，向含釩溶液中加入步驟a中得到的液態導電劑:含釩溶液=