[发明专利]一种导体氧化钒材料制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种导体氧化钒材料制备方法及其应用，属于功能纳米材料的制备技术领域。该制备方法无需表面活性剂或牺牲模板，而采用简单的室温凝胶化反应，将商业化的氧化钒粉末与双氧水混合，反应后通过冷冻干燥得到氧化钒干凝胶；再将氧化钒干凝胶在氨气气氛下退火，得到导体氧化钒材料。该发明成功地将半导体氧化钒转化为导体氧化钒，且得到的氧化钒材料具有优良的导电性和多孔的二维形貌，可以实现具有高比容量和优异稳定性的新一代锂离子电池。该材料的制备流程简单易得，反应过程中无有毒物质生成，能耗低，可应用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种半导体氧化钒材料到导体氧化钒材料转化设计应用，并可作为能源存储材料的制备方法，属于功能纳米材料的制备技术领域。

背景技术

随着环境问题和能源问题的日益突出，以及替代性清洁能源的发展，高性能储能器件得到广泛关注。新型能源存储材料成为推动高性能储能器件开发与应用的重要支柱。现如今科学技术越来越发达，人们对便携式电子设备、电动汽车和可再生能源存储的需求也愈来愈高。多年来，人们一直致力于开发高性能锂离子电池以适应时代的发展。随着新能源产业的不断发展，锂离子电池的市场需求会进一步扩大。

过渡金属氧化物作为新一代高性能锂离子电池的负极材料，展现出巨大的潜力，其具有较高的容量、结构多样性和自然界储量大等优点。而二维过渡金属氧化物纳米材料在各种能量储存和转换应用中引起了广泛的关注。例如，二维纳米片结构由于其超薄的厚度，与本体相相比，可以促进锂离子和电子的传输，同时通过微米尺度的平面拓扑结构来适应体积变化，增强了结构的完整性，实现优异的锂储存性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种工艺流程简单、导电性高、储能性能高的功能纳米过渡金属氧化物材料的合成方法，简单的自下而上制备过渡金属氧化物材料，克服了过渡金属氧化物存在着的导电性差、首圈充放电不可逆容量高和循环稳定性差的问题，以及传统的自上而下制备的过渡金属氧化物材料本体导电性低的问题。其优良的导电性和多孔二维形貌，实现了具有优异的容量和稳定性的储能器件的导体氧化钒材料制备方法及其应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种导体氧化钒材料制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a、在室温下，配制0.01mol L^-1-1mol L^-1的V₂O₅水溶液，然后加入H₂O₂，搅拌一段时间后形成深红色溶液。将该溶液在室温下保持0.5-96小时，转化成深红色前驱体水凝胶。最后，通过冷冻干燥过程获得3D V₂O₅·1.6H₂O干凝胶。

b、将步骤a中获得的V₂O₅·1.6H₂O干凝胶在10-1000mL min^-1的NH₃气氛下加热到100℃-900℃，保持0～24h，升温速率为1～15℃min^-1。然后冷却至室温，即可得到导体氧化钒材料。

优选的，所述步骤a中配制的V₂O₅水溶液浓度为0.08mol L^-1。

优选的，所述步骤a中溶液保持的时间为48小时。

优选的，所述步骤b中加热的保持温度为500℃。

优选的，所述步骤b中加热维持的时间为2小时，所述步骤b中升温速率为 10℃min^-1。

优选的，所述步骤b中氨气的流速为700mL min^-1。