[發(fā)明專利]V2O5量子點/石墨烯復合材料及其制備方法和應用

無效

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• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103227317A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 麥立強;晏夢雨;韓春華;許絮;馬鑫萸
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/131;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及V₂O₅量子點/石墨烯復合材料及其制備方法，該材料可作為鋰離子電池正極活性材料。

背景技術

隨著能源需求的增加，能源儲存器件在提高能量利用效率方面起到了越來越重要的作用。最近，作為能源儲存器件的重要組成形式，鋰離子電池由于其較高的能量密度，被廣泛應用于混合動力汽車以及便攜設備中。研究具有更長循環(huán)壽命、更高的可逆容量、更低生產成本的鋰離子電池電極材料，是目前研究的前沿與熱點之一。V₂O₅具有特殊的層狀結構，其理論容量高達440mAh/g，被認為是最具潛力的高容量鋰離子電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能，較低的電子電導率與離子電導率，嚴重制約在鋰離子電池中的應用。

近年來，為提高鋰離子的擴散效率，具有納米結構的V₂O₅材料受到了廣泛關注，V₂O₅量子點由于其直徑小，表面原子比例高，進而表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。石墨烯由于獨特的2D單層碳原子結構，具有高比表面積（2600m²/g）、高電子電導率、良好的機械韌性等特性，廣泛應用于對電極材料的電化學改性中。但V₂O₅量子點/石墨烯復合材料還未見報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種V₂O₅量子點/石墨烯復合材料及其制備方法，其制備過程簡單，能耗較低，所得的V₂O₅量子點/石墨烯復合材料具有良好的電化學性能。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：V₂O₅量子點/石墨烯復合材料，其V₂O₅量子點的直徑為2-3nm，均勻分布在石墨烯片上，采用下述方法制得，包括有以下步驟：

1）取1.1～1.5mmol的V₂O₅溶膠并稀釋于去離子水中得到40ml?V₂O₅溶液，按與V₂O₅物質的量比為0.03:1量取苯胺溶液滴入V₂O₅溶液中，攪拌；

2）向步驟1）所得溶液中按比例加入石墨烯分散液，并加入去離子水至溶液總體積為60ml，在室溫下攪拌；

3）將步驟2）所得的均一溶液轉移至恒溫水浴鍋中，進行恒溫水浴加熱處理；

4）將步驟3）處理后的溶液轉入100ml反應釜中，進行水熱反應，然后從反應釜中取出，自然冷卻到室溫；

5）用無水乙醇反復洗滌步驟4）所得產物，烘干即得到V₂O₅量子點/石墨烯復合材料。

按上述方案，步驟2）所述的石墨烯分散液的制備方法包括有以下步驟：

a）向250ml錐形瓶中加入1g石墨粉與23ml濃硫酸，在室溫下混合攪拌24小時；

b）將錐形瓶放入恒溫水浴鍋中，反應溫度40℃，向步驟a）所得分散液中加入100mgNaNO₃，攪拌5分鐘，隨后緩慢加入500mg?KMnO₄，并保持溶液溫度在45℃以下，攪拌30分鐘；

c）向步驟b）所得分散液中，加入3ml去離子水，攪拌5分鐘后，再加入3ml去離子水，隨后攪拌5分鐘，再加入40ml去離子水，攪拌15分鐘；

d）將錐形瓶移出水浴鍋，加入140ml去離子水及10ml質量百分比濃度30%H₂O₂以終止氧化反應；

e）將步驟d）所得懸浮液使用質量百分比濃度5%HCl溶液洗滌兩次，隨后用去離子水洗滌至中性，分散在100ml去離子水中，超聲60分鐘；

f）將步驟e）所得懸浮液5000轉/分離心，時間為5分鐘，反復取上層清液，直至分離出均勻的石墨烯分散液，濃度為1mg/ml。

按上述方案，步驟3）所述的恒溫水浴溫度為70-90℃，反應時間為22-26小時。

按上述方案，步驟2）所述的石墨烯的量為10-16mg。

按上述方案，步驟4）所述的水熱反應溫度為160-200℃，時間為36-60小時。