[发明专利]一种钒氧化物纳米片阵列及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种钒氧化物纳米片阵列及其制备方法、应用，所述制备方法包括将V₂O₅和还原剂于反应介质中发生还原反应，制得所述钒氧化物纳米片阵列。本发明通过将前驱体商业V₂O₅于温和的反应条件下还原制得钒氧化物纳米片阵列，同时改变其物相结构与微观形貌，整体提升了钒氧化物纳米片阵列的电化学性能；一步还原法工序简单，便于操作，易于产业化；采用本发明的制备方法得到的钒氧化物纳米片阵列具有较大的比表面积，层次分明且均一，材料结构稳定，具有优异的电化学性能，可作为正极活性材料应用在锌离子电池，可以与电解液更加充分地接触以提供更多的活性位点，同时，其较大的晶格间距可以存储更多的锌离子，从而整体提升其储锌性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别是涉及一种钒氧化物纳米片阵列及其制备方法、应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展，人们对于可再生能源的需求更加迫切。为了提高可再生能源的利用率，电化学储能系统引起了研究者们的关注并得到迅速发展。其中，锂离子电池(LIBs)因其高能量密度等优点已被广泛应用于我们的生活。然而，金属锂资源有限、成本高以及使用的有机电解液毒性较大、易燃易爆等缺点极大地限制了其进一步的应用。水系锌离子电池(AZIBs)因金属锌氧化还原电位低(-0.76V vs.SHE)、理论容量较高(820mAh g^-1)，以及储量丰富、成本低和安全性高等优点有望在大规模储能设备中广泛使用，而开发高性能的正极材料成为发展水系锌离子电池的关键。

钒具有多种价态(+5，+4，+3，+2)，在电化学过程中可以实现多电子的转移，从而获得更高的可逆容量，同时，钒氧化物具有层状结构或隧道结构，在电化学过程中可以为锌离子提供扩散通道，缩短其扩散路径，所以钒基氧化物被认为是非常有前景的锌离子电池正极材料。

近年来，已有大量的研究者们对此做出了一系列的努力并开发出了各类钒氧化物正极材料，包括V₂O₅，VO₂，以及Na₂V₆O₁₆·3H₂O和Zn_0.25V₂O₅·nH₂O等金属掺杂钒氧化物等。然而，由于钒氧化物在水系电解液中存在钒溶解问题、结构崩塌和迟缓的动力学，这会极大地降低其储锌性能。例如，商业五氧化二钒通常呈现较长的活化过程、低的导电性、低的扩散效率和循环稳定性。通常来说，二维材料(纳米片、纳米带等)具有非常高的比表面积，有利于锌离子的扩散以及促进电化学反应动力学，但同时其高比表面能也易导致堆叠、团聚的现象，包埋活性位点，阻碍物质传输。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钒氧化物纳米片阵列及其制备方法、应用，用于解决现有商业五氧化二钒在电化学过程中存在的活化过程长、循环稳定性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种钒氧化物纳米片阵列的制备方法，包括以下步骤：将V₂O₅和还原剂于反应介质中发生还原反应，制得所述钒氧化物纳米片阵列。

本发明通过将前驱体商业V₂O₅于温和的反应条件下还原制得钒氧化物纳米片阵列，同时改变其物相结构与微观形貌，整体提升了钒氧化物纳米片阵列的电化学性能；一步还原法工序简单，便于操作，易于产业化。

优选地，所述还原剂为酸性还原剂。

优选地，所述还原剂为弱酸性强还原剂，所述弱酸性强还原剂选自抗坏血酸、亚硫酸氢钠和过氧化氢中的一种。