[發明專利]多孔VO2納米線及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410287132.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104022286A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 麥立強;張磊;何亮;趙婷微;趙康寧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
• 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

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及一種多孔VO₂納米線的制備方法，該材料可作為新型的高容量的鋰離子電池正極活性材料。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色能源，目前已被廣泛應用于日常生活當中，如手機、筆記本電腦等電子產品。新能源汽車領域的飛速騰起必將給鋰離子電池帶來更廣闊的發展空間。世界錳礦的自然資源是非常豐富的，因此相對廉價。研究具有更長循環壽命、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。VO₂具有特殊的層狀結構，具有高容量，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。因此，研究基于新型納米電極材料的大容量、高功率、長壽命、低成本鋰離子電池是當前低碳經濟時代鋰離子電池研究的前沿和熱點之一。納米線材料具有大的長徑比、高的比表面積以及徑向的電子限域效應和軸向的電子傳輸特性，作為鋰離子電池電極材料時與電解液接觸面積大、鋰離子脫嵌距離短，能有效提高材料的電活性，作為高功率鋰離子電池電極材料時具有顯著的優勢。

如果將介孔引入到納米線內部，獲得一種多孔VO₂納米線。那么在鋰離子脫嵌反應中納米線與電解液接觸面積將進一步提高，同時多孔VO₂納米線也具有更大的體積去緩解反應過程中產生的體積膨脹。于是我們得到了這種新型的多孔VO₂納米線。與二氧化釩容量衰減的現象不同，孔VO₂納米線表現了更為穩定的循環穩定性。它在500mA?g^-1的電流密度下，循環300圈以后容量可以達到127mAh?g^-1.該結果表明多孔VO₂納米線具有優異的循環特性，是長壽命鋰離子電池的潛在應用材料。

另外，制備前驅體NH₄V₃O₈納米線所采用的簡單水熱法，可通過改變反應溫度，溶液pH和時間即可控制材料的形貌和尺寸大小，且制得的材料純度高。而制備多孔VO₂納米線所采用的簡單煅燒法工藝簡單，對設備要求低，非常有利于市場化推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、具有優良電化學性能的多孔VO₂納米線及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種多孔VO₂納米線，其直徑80-120nm，其為以下制備方法所得產物，包括如下步驟：

1)量取去離子水于燒杯中，保持80℃水浴攪拌狀態；

2)稱取1.04g偏釩酸銨粉末加入上步驟1)燒杯中，繼續攪拌；

3)取出燒杯攪拌冷卻至室溫取鹽酸緩慢加入燒杯中，繼續攪拌，調節pH，保持攪拌狀2h；

4)將步驟3)所得溶液轉入反應釜中，加熱反應，取出反應釜，自然冷卻至室溫；

5)將得到的產物NH₄V₃O₈納米線放入塑料管中，在干燥箱中烘干；

6)將干燥后的NH₄V₃O₈納米線轉移至陶瓷坩堝并置于氣氛爐中，燒結，最終得到多孔VO₂納米線。

按上述方案，步驟3)所述的pH為1-2。

按上述方案，步驟4)所述的加熱反應溫度為180℃，反應時間為7天。

按上述方案，步驟6)所述的燒結溫度為400℃，燒結時間3～5小時。

所述多孔VO₂納米線的制備方法，包括如下步驟：

1)量取去離子水于燒杯中，保持80℃水浴攪拌狀態；

2)稱取1.04g偏釩酸銨粉末加入上步驟1)燒杯中，繼續攪拌；

3)取出燒杯攪拌冷卻至室溫取鹽酸緩慢加入燒杯中，繼續攪拌，調節pH，保持攪拌狀2h；

4)將步驟3)所得溶液轉入反應釜中，加熱反應，取出反應釜，自然冷卻至室溫；

5)將得到的產物NH₄V₃O₈納米線放入塑料管中，在干燥箱中烘干；

6)將干燥后的NH₄V₃O₈納米線轉移至陶瓷坩堝并置于氣氛爐中，燒結，最終得到多孔VO₂納米線。