[发明专利]含钴二维手风琴状纳米片材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了含钴二维手风琴状纳米片材料及其制备方法和应用。含钴二维手风琴状纳米片材料的特征在于Mn_1‑xCo_xV₂O₆，其中0.1≤x≤0.5，形貌为手风琴状纳米片，厚度在10到100nm之间，长度/宽度在1到100μm。所述方法通过一步水热法制备纳米材料，通过对钴锰比例和反应时间等条件的改变，得到手风琴状纳米片形貌的材料。本发明具有反应过程简单，步骤易操作，制成的纳米片形貌规则，作为锂离子电池负极材料高效稳定，比容量高，循环稳定性能佳等特点。

技术领域

本发明属电化学能源领域，具体方法为将钴掺杂到钒酸锰纳米片中合成性能更优的Mn_1-xCo_xV₂O₆负极材料。

背景技术

钒酸锰是一种性能良好的锂离子电池负极材料，且因其储量丰富，构成元素价格便宜，应用前景十分可观。虽然钒酸锰具有特殊的层状结构，应该较高的理论比容量，但是，钒酸锰负极材料在锂化和去锂化过程中，会形成部分无定形态，导致层状结构坍塌，大大降低其储锂能力和比容量，影响长期循环性能。另外，目前文献及专利中报道的钒酸锰材料形貌大多为不规则颗粒或微米管、微米棒等，不利于在充放电过程中的离子迁移及形貌结构维持，致使活性材料从集流体上剥离，限制了钒酸锰材料作为负极材料的发展应用。

CN 105280917 A公开了一种锂离子电池负极材料偏钒酸锰的制备方法，包括以下步骤:将去离子水与二甲基亚砜按体积比V_水:V_{二甲基亚砜}＝1:1～2混合，置于60～90℃水浴锅中，超声搅拌0.5～2h(2)将钒源、锰源按钒元素、锰元素摩尔比为2:1的比例加入混合液中，控制混合液中钒离子的浓度为0.1～0.5mol/L；用氨水或乙酸调节pH至4～7，超声搅拌反应2～6h，得到反应物；将反应物过滤，并用去离子水、酒精进行清洗；置于50～80℃、真空度5～100Pa条件下干燥4～6h，得到四水合偏钒酸锰。该负极材料，反应所需温度低，反应过程简单，便于产业化控制，但其合成产品为微米棒状、颗粒状形貌，多次循环后难以保持初始形貌，使产品稳定性和循环性较差，比容量最高仅为430mAh/g左右。

CN 104528830 B公开了一种锂离子电池负极材料偏钒酸锰的制备方法，包括以下步骤：将正钒酸钠和锰盐按V:Mn＝1～3:1的摩尔比配制成混合溶液；调节混合溶液pH为7-8，搅拌10min后转入反应釜，160-260℃反应124h，得粗产品的溶液；将所得粗产品的溶液冷却至室温，洗涤、干燥，得钒酸锰Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2纳米微米材料。本发明实现钒酸锰的低温可控制备，能耗低，环境友好，产物纯净。但是，从其钒酸锰Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2纳米颗粒的扫描电镜分析图可以看出尽管材料形貌尺寸均一，但产品形貌为颗粒状，不利于负极材料稳定长久使用。另外，其钒酸锰Mn_6.87(OH)₃(VO₄)_3.6(V₂O₇)_0.2微米管的扫描电镜分析图显示，微米管宽5μm，并不能明显提升负极材料的性能。

即现有技术公开的锂离子电池负极材料钒酸锰作为负极材料的稳定性和循环性较差，影响长期循环性能。

发明内容