[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

说明书

本发明公开了一种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。所述制法包括：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；将其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；之后对其进行退火处理和原位电化学氧化处理，获得缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极。本发明通过溶剂热、后退火和原位电化学氧化三步，得到具有氮掺杂碳骨架的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极，提高了五氧化二钒纳米材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种电极材料，尤其涉及一种缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极及制备方法与应用，属于纳米功能材料的制备技术领域。

背景技术

近年来，具有高度灵活性的便携式可穿戴电子产品进入我们的生活，开始蓬勃发展起来。为了实现整个设备的可穿戴性能，需要开发相匹配的高柔性、轻质量的微型供能器件。纤维状电极相比于传统的平面状柔性能源器件具有更好的柔性，更容易突破平面设备的几何限制，易于通过编织集成到织物中，能够更加有效发挥储能器件的优势，为下一代电子和纺织品的合并，以开发无线纺织体域网络(TBAN)做铺垫。

以金属线为集流体的纤维状电极在可穿戴储能器件中表现出优异的性能，但其只能实现有限半径的简单弯曲，质量较大，降低了整个器件的质量能量密度和功率密度。相对而言，碳基纤维材料具有低的密度、细长的结构、较好的稳定性和优异的柔性，有望发展成为代替金属线的新型材料。其中碳纳米管纤维由于其优异的机械性能、耐腐蚀、高的导电性和导热性、良好的柔性和大的比表面积，被认为是最具有开发和应用潜力的下一代可穿戴电子纤维状电极。在如碳纳米管纤维的纤维电极上原位生长具有高比容量的过渡金属化合物纳米材料是制备高性能纤维电极一种常见方法，但是其较低的导电性和较少的活性物质载量限制了其性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极及制备方法，以克服现有技术存在的不足。

本发明的另一目的还在于提供所述缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了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。

本发明实施例还提供了由前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。

本发明实施例还提供了所述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。

相应的，本发明实施例还提供了一种电化学储能装置，其包括前述的缺陷丰富水合五氧化二钒纳米片核壳结构纤维电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：