[發(fā)明專利]一種碳插層V2O3納米材料、其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710180237.6
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106935860B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 霍開富;張家寶;李慶偉
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明公開了一種碳插層V₂O₃納米材料的制備方法和應(yīng)用，包括以下步驟：(1)將五氧化二釩粉末加入有機(jī)胺液體中，攪拌混合均勻；(2)將混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)；(3)將得到的雜化前驅(qū)體干燥后，放入爐子中，并通入惰性氣體進(jìn)行碳化，得到V₂O₃/C雜化納米材料。本發(fā)明制備的V₂O₃/C雜化納米材料形貌均一，并且碳層能有效的分散于材料內(nèi)部納米基質(zhì)。該材料應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池負(fù)極時，能極大地提高金屬氧化物作電極材料時的倍率性能，提高電池的體積能量密度，具有較大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源以及電化學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及碳插層V₂O₃納米帶、其制備方法及其在鋰離子電池和鈉離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)能源的枯竭和環(huán)境污染的日益惡化，人類對清潔能源和可再生能源的需求日益增加。新能源研究領(lǐng)域因此引起了國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。而電化學(xué)儲能作為一種清潔無污染的儲能技術(shù)被廣泛研究。鋰離子電池已經(jīng)成功商業(yè)化，其具有重量輕，壽命長，比能量密度和比功率密度高，無污染，無記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)電腦相機(jī)等數(shù)碼設(shè)備以及電動車領(lǐng)域。但是，鋰離子電池也有劣勢，因?yàn)殇嚥皇亲匀粌α控S富的元素，而鈉在地表儲量豐富，開發(fā)成本低，因此鈉離子電池的研究逐漸興起。

電極材料對于鋰離子電池和鈉離子電池的性能有很大的影響。在商業(yè)鋰離子電池中，正極材料一般是具有較高氧化還原電位的含鋰材料，而石墨是常用的負(fù)極材料，因其生產(chǎn)成本低，操作電壓低和壽命長等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是，商業(yè)石墨負(fù)極理論容量較低，僅為372mAh g^-1，導(dǎo)致較差的電池性能。所以開發(fā)出具有較高容量的電池負(fù)極材料是非常有必要的。

近來，納米結(jié)構(gòu)的氧化釩在能量存儲和轉(zhuǎn)化領(lǐng)域引起了強(qiáng)烈關(guān)注，例如V₂O₅,V₂O₃,VO₂等。值的注意的是，低價態(tài)的V₂O₃毒性較低，作為常見的鋰離子電池負(fù)極材料，它的高理論儲鋰容量(1070mAh g^-1)是一大亮點(diǎn)。但是，純的三氧化二釩導(dǎo)電性不佳而導(dǎo)致材料利用率受限，目前碳包覆的 V₂O₃納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)被成功制備，但是這種材料僅僅在表面能接觸到碳而內(nèi)部的納米基質(zhì)卻不能與導(dǎo)電性良好的碳層接觸，不能充分發(fā)揮材料的高性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種碳插層V₂O₃納米帶、其制備方法及其在鋰離子電池和鈉離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用，其目的在于通過制備得到一種碳插層的V₂O₃納米材料，該納米材料不僅在表面能接觸到碳而內(nèi)部的納米基質(zhì)卻不能與導(dǎo)電性良好的碳層接觸，由此解決現(xiàn)在技術(shù)的碳包覆V₂O₃納米材料應(yīng)用于鋰離子電池和鈉離子電池負(fù)極材料時循環(huán)壽命低、能量密度低和倍率性能差的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種碳插層V₂O₃納米材料，所述納米材料包括V₂O₃納米帶，所述納米帶長度為10-20微米，寬度為0.5-2微米，厚度為40-90納米，所述納米帶中有碳插層，所述納米材料中V₂O₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75.5-85.5％，所述碳層中含有氮元素。

優(yōu)選地，所述納米材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料時，在1A/g的電流密度下，循環(huán)200圈，具有200-255mAh/g的容量。

優(yōu)選地，所述納米材料應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料時，500mA/g的電流密度下循環(huán)200圈，具有100-144mAh/g的容量。