[发明专利]超薄V2O5纳米片及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种超薄V₂O₅纳米片及其制备方法，该材料可作为高功率、长寿命锂离子电池正极活性材料。

背景技术

绿色清洁能源的开发和利用对于解决当前人类社会所面临的能源危机具有重要的意义。作为新世纪重要的绿色储能器件，锂离子电池因其特有的优势已被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等。但大多数商业化锂离子电池无法提供足够的功率密度，此外，由于在高电流密度下工作其比容量将迅速下降，这也限制了其应用。随着锂离子电池向大型化(例如HV/HEV动力电源)和微型化(例如MEMS驱动电源)两个方向发展，研究和开发高功率密度、循环稳定性好的新型正极材料来取代LiCoO₂正极材料，推出功率密度更高、使用寿命更长的新一代锂离子电池，具有重要的应用价值和现实意义。V₂O₅作为众多的层状钒氧系化合物中被研究最早、研究最多的一类锂离子电池电极材料，其理论比容量高达440mAh/g，被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。尽管V₂O₅有着很高的首次放电比容量，但其较差的循环性能以及低的倍率性能限制了它的应用。

超薄纳米片作为锂离子电池电极材料时与电解液接触面积大、锂离子脱嵌距离短，能有效提高材料的电活性，使得材料具有在大电流密度下充放电的能力。超薄纳米片同时可以有效的释放充放电过程中因电极材料膨胀收缩而造成的内部应力，提高电极材料的循环寿命。因此，超薄纳米片作为高功率、长寿命锂离子电池电极材料时具有显著的优势。

另外，采用超临界流体技术，选取乙醇为反应介质，制备过程快速、操作简单、无污染；同时制得的材料纯度高，电化学性能优异。

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出一种超薄V₂O₅纳米片及其制备方法，其原料来源广，制备工艺简单，所得的超薄V₂O₅纳米片具有优良电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：超薄V₂O₅纳米片，厚度为4～7纳米，其为由下述方法制备得到的产物，包括有以下步骤：

1）称取0.3～0.6g的V₂O₅粉末晶体加入30～60mL质量分数为30%的过氧化氢溶液中，在室温下充分搅拌直到形成澄清的橘黄色溶液；

2）将步骤1）得到的溶液持续搅拌并在室温下陈化，得到暗红色的V₂O₅凝胶；

3）将步骤2）得到的V₂O₅凝胶放于漏斗中并用乙醇清洗3～5次；

4）将步骤3）得到的V₂O₅凝胶放入乙醇溶液中浸泡得到胶状前驱体；

5）将步骤4）所得的胶状前驱体转入反应釜中，加乙醇填充至反应釜内衬体积的60%～80%，加热进行反应，从反应釜取出，自然冷却至室温；

6）将步骤5）得到的产物离心分离，用无水乙醇洗涤所得产物3～5次，在干燥箱中进行干燥；

7）将步骤6）得到的产物在马弗炉中加热至400℃并保温1～3小时，自然冷却至室温取出，即可得到超薄V₂O₅纳米片。

按上述方案，步骤2）所述的搅拌时间为10～30分钟，陈化时间为36～72小时。

按上述方案，步骤4）所述的浸泡时间为7天。

按上述方案，步骤5）所述的反应温度为245～255℃，反应时间为12～20小时。

所述的超薄V₂O₅纳米片的制备方法，包括有以下步骤：

1）称取0.3～0.6g的V₂O₅粉末晶体加入30～60mL质量分数为30%的过氧化氢溶液中，在室温下充分搅拌直到形成澄清的橘黄色溶液；

2）将步骤1）得到的溶液持续搅拌并在室温下陈化，得到暗红色的V₂O₅凝胶；

3）将步骤2）得到的V₂O₅凝胶放于漏斗中并用乙醇清洗3～5次；