[發明專利]一種超級電容器電極材料硫化釩納米花的制備方法

有效

• 申請號: 201711377254.5
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108046320B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 李鴻乂;彭正武;卜中林;馮俊愷;謝兵
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發明公開了一種超級電容器電極材料硫化釩納米花的制備方法，包括如下步驟：（1）將十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺配制成前驅體溶液，所述十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺的質量比為1:1.2~3.5，十二水合原釩酸鈉的質量濃度為0.02~0.05g/mL；（2）將所述前驅體溶液進行水熱反應，反應完成后的產物經洗滌、干燥后，即得到所述的硫化釩納米花。本發明制備的硫化釩納米花為三維結構，很好的避免了片狀硫化釩的堆疊，提高了硫化釩的比表面積，用作超級電容器的電極材料，可獲得更高的比容量，還提高了循環使用壽命，且具有高的能量密度和功率密度，本發發明制備的硫化釩納米花最高比容量可達500.4 F g^?1，在500次循環后比容量依舊高達459.4 F g^?1，電容保持率為91.9%。

技術領域

本發明屬于電極材料領域，尤其涉及一種超級電容器電極材料硫化釩納米花的制備方法。

背景技術

超級電容器作為一種新的能量存儲設備，具有使用壽命長、能量密度高等優勢，引起了人們巨大的研究興趣。超級電容器的活性電極物質，在很大程度上影響了能量存儲設備的電化學性能，所以尋找具有新穎結構的電極材料成為超級電容器發展的關鍵。三維等級結構的微納米材料，由于其獨特的結構以及物理和化學性能，而具有重要的研究意義，尤其是層狀過渡金屬硫化物微納米結構的合成及光電性能的研究受到了人們的廣泛關注。

二硫化釩具有獨特的層狀結構，有利于離子的吸附和解離，可以嵌入不同比例的Li等金屬離子形成插層化合物，在插層和脫嵌的過程中伴隨著電子的傳遞，因而具有贗電容的性質。由于二硫化釩這種獨特的性質，使其在電化學領域，如鋰離子或鈉離子電池電極材料、超級電容器電極材料等領域具有很好的應用前景。

目前合成二硫化釩的方法主要有固相法和水熱法，固相法存在能耗大、效率低、粉體不夠細、易混入雜質等缺點，水熱法因具有操作簡便、能耗低、污染小的優點而廣泛用于二硫化釩的合成。但是現有通過水熱法合成的二硫化釩為二維結構的納米片，由于散亂的納米片在使用時易發生堆積或疊合，導致其可利用的比表面積大幅減小，進而會大大降低二硫化釩作為超級電容器電極材料的比容量，且循環壽命差。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種超級電容器電極材料硫化釩納米花的制備方法，解決硫化釩作為電容器材料比容量低、循環壽命差的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超級電容器電極材料硫化釩納米花的制備方法，包括如下步驟：

（1）將十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺溶于水配制成前驅體溶液，所述十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺的質量比為1:1.2~3.5，十二水合原釩酸鈉的質量濃度為0.02~0.05g/mL；

（2）將所述前驅體溶液進行水熱反應，反應完成后的產物經洗滌、干燥后，即得到所述的硫化釩納米花。

本發明中硫代乙酰胺作為還原劑，在水熱反應中將+5價釩還原為+4價，同時還作為硫源，其分解所產生的硫化氫在水中與V⁴⁺結合生成沉淀，最終得到了納米花狀的硫化釩。其中，十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺的質量比以及二者的濃度，對制備的硫化釩的形貌影響很大，只有控制二者合適的質量比以及質量濃度，才能使制備的硫化釩具備三維結構的納米花狀。如果十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺的質量比偏小，則得到的生成物量較少，如果十二水合原釩酸鈉和硫代乙酰胺的質量比偏大，則得到的硫化釩納米花數量較少，而且雜質較多；如果十二水合原釩酸鈉的質量濃度偏小，則硫化釩形貌為微球，不產生納米花，如果十二水合原釩酸鈉的質量濃度偏大，則硫化釩晶體過度生長，長成納米片。本發明中使用的十二水合原釩酸鈉，由于結晶水已經包含，可以避免因吸水而導致的稱量誤差，實際使用中，在有效稱量范圍內，也可以直接采用原釩酸鈉，其質量按十二水合原釩酸鈉的質量換算即可。