[发明专利]缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极及制法

权利要求书

1.一种缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极的制备方法，其特征在于，包括：

将钴源、二甲基咪唑与水混合，形成混合反应液，将碳纳米管纤维浸润于所述混合反应液中，从而在碳纳米管纤维表面原位生长钴金属有机框架材料，之后进行高温碳化，并去除金属离子，获得三维多孔的氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料；

将所述氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料置于包含有机钒盐的有机溶液中，进行溶剂热反应，得到氮化钒纳米片前驱体/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料；

在保护性气氛中，对所述氮化钒纳米片前驱体/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料进行退火处理，得到氮化钒纳米片/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料，之后进行原位电化学氧化处理，获得水合五氧化二钒纳米片/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料，即缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钴源与二甲基咪唑的质量比为3.55～4∶1，和/或，所述钴源包括六水合硝酸钴，和/或，所述碳纳米管纤维浸入混合反应液中的长度在2cm以上，反应时间为3～5h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：在包含氢气和惰性气体的第一混合气氛中，对原位生长有钴金属有机框架材料的碳纳米管纤维进行高温碳化，之后刻蚀去除金属离子，获得三维多孔的氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述高温碳化的温度为700～900℃，时间为1～3h，升温速率为0.5～1.5℃/分钟，氢气和惰性气体的流量为100～300sccm，其中，所述第一混合气氛中氢气的体积比为4～6％，优选的，所述惰性气体为氩气；和/或，所述刻蚀采用的刻蚀剂包括三氯化铁和盐酸，刻蚀时间为20～28h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述包含有机钒源的有机溶液中有机钒源的浓度为0.005mg/ml～0.02mg/ml；

和/或，所述有机钒源包括三异丙氧基氧化钒，所述包含有机钒源的有机溶液中的有机溶剂包括异丙醇；

和/或，所述溶剂热反应的温度为180～220℃，时间为8～12h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将所述氮化钒纳米片前驱体/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料置于包含氨气和惰性气体的第二混合气氛中进行退火处理，得到氮化钒纳米片/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料；

将所述氮化钒纳米片/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料、锌负极与电解液组装形成电化学反应体系，之后将其进行原位电化学氧化处理，使氮化钒转换为缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片，获得水合五氧化二钒纳米片/氮掺杂碳/碳纳米管纤维复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述退火处理的温度为500～700℃，退火处理的时间为1～3h，升温速率为0.5～1.5℃/分钟，氨气和惰性气体的流量为100～300sccm，其中，所述第二混合气氛中氨气的体积比为40～60％，优选的，所述惰性气体为氩气；

和/或，所述电解液包括三氟甲烷磺酸锌；

和/或，所述原位电化学氧化处理采用的电流密度为0.2～0.4Acm^-3。

8.由权利要求1-7中任一项所述制备方法制得的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极，所述缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极具有核壳结构，其包括作为核的氮掺杂碳骨架，以及作为壳层的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片，优选的，所述缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片的尺寸为50～100nm，厚度为3～5nm，优选的，所述缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极中作为活性物质的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片的含量80～90wt％，优选的，所述壳层的厚度为80～150nm。

9.权利要求8所述的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极于制备电化学储能材料中的应用。

10.一种电化学储能装置，其特征在于，包括权利要求8所述的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极，优选的，所述电化学储能装置包括锌离子电池；

优选的，所述电化学储能装置包括可穿戴供能器件。