[发明专利]一种放射状β-AgVO3纳米线簇及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种放射状β-AgVO₃纳米线簇的制备方法，该材料可作为锂电池正极活性材料。

背景技术

锂电池作为一种绿色能源，已应用于便携式电子设备和电动汽车。虽然锂电池的能量密度较高，但是较低的锂离子及电子扩散速率导致其倍率特性较差、功率密度较低。倍率特性较差更是限制其在便携设备中的进一步发展。因此，研究基于新型纳米结构的高容量、高倍率、微型化、循环稳定性优异、低成本锂电池是当前低碳经济时代锂电池研究的前沿和热点之一。而将纳米仿生应用于纳米材料的制备，可突出纳米线材料大的长径比、高的比表面积、电解液接触面积大等优势。在1987年，由Takeuchi 和 Piliero提出用银钒氧化物作为锂一次电池的正极材料，更是吸引人们关注银钒氧化物优良的电化学性能，如Ag₂V₄O₁₁ 的高放电平台、高容量使得其作为心脏起搏器的电池材料，并已商业化。而和Ag₂V₄O₁₁相比，β-AgVO₃因具有更高的Ag:V比而被认为具有更好的电化学性能。但是，目前β-AgVO₃作为锂二次电池正极材料的研究还鲜有报道，而且银钒氧化物仍存在着导电率低、容量衰减较快、循环可逆性差等缺点。

尽管银钒氧化物已经得到广泛应用，但其存在着电导率低、容量衰减快，循环可逆性差等缺点，所以必须采用适当方法对其改性，以达到改善其电化学性能的目标。复杂结构纳米线（如超长分级纳米线、分级异质结构纳米线、三同轴纳米线等），因具有一系列优异特性而在电化学及能源领域得到了越来越多的关注。如构筑银钒氧化物/聚合物三同轴纳米线，可有效提高材料电导率，有利于电子和离子传输。而制备放射状β-AgVO₃纳米线簇却鲜见报道。因此，本发明通过基片辅助水热法制备放射状β-AgVO₃纳米线簇。作为锂电池正极活性材料时，在500 mA/g的电流密度下，该放射状纳米线簇在循环50次后放电比容量可达95.1 mAh/g，每次容量衰减率仅为0.167%；制备常规β-AgVO₃纳米线作为对照实验，发现其50次循环后的放电比容量仅为66.9 mAh/g，每次容量衰减率为1.08%。上述性能表明，放射状β-AgVO₃纳米线簇具有优异的倍率特性及循环稳定性，是一种具有潜在应用前景的锂电池正极材料。

另外，制备放射状β-AgVO₃纳米线簇所采用的基片辅助水热法，在不含任何表面活性剂和有机物的水溶液中，通过改变反应物、反应时间、基片类型等条件可控制材料形貌和尺寸大小，且得到的材料纯度高、分散性好。制备放射状β-AgVO₃纳米线簇所采用的基片辅助水热法工艺简单，对设备要求低，非常有利于市场化推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种工艺简单、符合绿色化学的要求、具有优良电化学性能的放射状β-AgVO₃纳米线簇及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种放射状β-AgVO₃纳米线簇，其特征在于，β-AgVO₃纳米线簇由多根纳米线团簇在一起，长度10~100微米，直径为200~400纳米，采用下述方法制得，包括有以下步骤：

1）取AgNO₃、V₂O₅粉末和氟源按物质的量比2:1:6溶于去离子水，在搅拌条件下混合，得到前驱体溶液，备用；

2）将基片进行预处理，备用； 

3）将得到的前驱体溶液转移至100 mL反应釜，此时将预处理后的基片以30~60°的角度斜置于反应釜内衬中，在160 ~ 200℃下反应24~ 48小时，将基片从反应釜中取出，自然冷却至室温；

4）用去离子水反复洗涤基片上及步骤3）溶液中得到的沉淀物，烘干得到放射状β-AgVO₃纳米线簇。

按上述方案，所述的氟源包括为氟化锂或氟化铵。

按上述方案，所述基片为普通玻璃基片或氧化铟锡导电玻璃基片（ITO）。

按上述方案，步骤2）所述的基片的预处理方法是将普通玻璃基片置于氢氟酸处理20-40s，用去离子水超声10分钟后，置于红外灯下烘干，备用。