[发明专利]超薄预锂化V6O13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，具体涉及超薄预锂化V₆O₁₃纳米片及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料。

背景技术

锂离子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，研究基于新型纳米异质结构的高容量、微型化、高功率、低成本锂离子电池是当前低碳经济时代锂离子电池研究的前沿和热点之一。正极材料中V₆O₁₃属于单斜晶系，因其具有优良的稳定性和充放电循环性能，且具有较高的理论容量，是最有望成为高性能锂离子电池正极材料的钒系化合物之一，其理论比容量高达420mAh/g，工作电压可达1.5V以上。尽管V₆O₁₃有着很高的理论容量放电比容量，但其纳米结构的合成较困难，导致其实际比容量低，循环寿命短而限制了它的应用。

近年来，类石墨烯结构材料（例如类石墨烯MoS₂）因具有一系列优异电学性质和较高的比表面积而在电化学及能源领域得到了越来越多的关注。随着这些二维材料厚度的逐渐变薄，不仅电子传输性能得以优化，而且二维材料的负载作用也得到了提升。但是，具有高电导率的超薄结构的V₆O₁₃纳米片状结构还未有报道。

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超薄预锂化V₆O₁₃纳米片及其制备方法，其工艺简单、符合绿色化学的要求，超薄预锂化V₆O₁₃纳米片具有优良的电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：超薄预锂化V₆O₁₃纳米片，其具有超薄结构，长度500-2000纳米，厚度3-5纳米，采用下述方法制得，包括有以下步骤：

1）取0.2g的超薄V₆O₁₃纳米片，加入到30mL去离子水溶液中，超声分散30分钟，然后加入锂源并继续超声分散1小时，然后将所得的溶液加入50mL反应釜中进行反应，取出沉淀物；

2）用去离子水和乙醇反复洗涤步骤1）所得沉淀物，离心过滤，然后在70℃烘箱中烘干即得超薄预锂化V₆O₁₃纳米片。

按上述方案，超薄V₆O₁₃纳米片的制备方法包括有以下步骤：

1）将偏钒酸氨和二水合草酸按质量比1：0.9溶于30mL水中混合搅拌60分钟，将所得的溶液加入50mL反应釜中进行反应，得到深蓝色沉淀物；

2）用水和无水乙醇反复洗涤步骤1）所得沉淀物，在70℃烘箱中烘干即得NH₄V₄O₁₀纳米花；

3）将步骤2）所得NH₄V₄O₁₀纳米花在氩气保护气氛的管式炉中进行低温烧结，自然冷却至室温取出，即可得到超薄V₆O₁₃纳米片。

按上述方案，步骤1）所述的反应温度为160-200℃；所述的反应时间为40-48小时。

按上述方案，步骤3）所述的烧结温度为400～500℃，升温速率为5℃/min，保温时间为8h。

按上述方案，步骤1）所述的锂源为氯化锂、碳酸锂或醋酸锂，其中锂/钒摩尔比为2.055:1。

按上述方案，步骤1）所述的反应温度为160-200℃；所述的反应时间为20-28小时。

超薄预锂化V₆O₁₃纳米片的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1）取0.2g的超薄V₆O₁₃纳米片，加入到30mL去离子水溶液中，超声分散30分钟，然后加入锂源并继续超声分散1小时，然后将所得的溶液加入50mL反应釜中进行反应，取出沉淀物；

2）用去离子水和乙醇反复洗涤步骤1）所得沉淀物，离心过滤，然后在70℃烘箱中烘干即得超薄预锂化V₆O₁₃纳米片。