[發(fā)明專利]一種VO2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010795940.X
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN112018348A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張業(yè)龍;徐曉丹;周健文;孫宏陽(yáng);陳俞程;郭月;彭章泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 五邑大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/131;H01M4/136;H01M10/054;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 黃琳娟

本發(fā)明公開了一種VO₂/MXene復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：(1)將MXene材料加入分散劑中，配制成濃度為10?100mg/ml的分散液，然后攪拌1?6h；(2)將釩源與還原劑按照1：2?6的摩爾比加入到步驟(1)所述分散液中，攪拌6?20h，得到混合液；(3)將步驟(2)所述混合液在110?240℃下反應(yīng)10?30h，冷卻，得到懸濁液；(4)將步驟(3)所述懸濁液用清洗劑洗滌，4000?8000r/min，離心4?8min，收集沉淀物；(5)將步驟(4)所述沉淀物進(jìn)行干燥，得到粗產(chǎn)物；(6)將步驟(5)所述粗產(chǎn)物在保護(hù)氣氛中，以5～8℃/min的升溫速率加熱至400?1100℃，保溫2?12h，冷卻，得到VO2/MXene復(fù)合材料。本發(fā)明制備的VO₂/MXene復(fù)合材料具有優(yōu)異的倍率性能，較高的可逆比容量以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VO₂/MXene復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)今世界人口的急劇增長(zhǎng)以及工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，煤、石油、天然氣等能源資源的消耗急劇增加，在傳統(tǒng)能源日漸耗竭的同時(shí)，伴隨著生態(tài)環(huán)境的日趨惡化，這也是目前人類面臨的兩大問(wèn)題。因此，研究開發(fā)新型的可再生清潔能源以及相應(yīng)的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換裝置，以提高能源的利用率，是本世紀(jì)重要的研究課題之一。

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中，同時(shí)，金屬鋰的大量消耗引起人們的擔(dān)憂，為此，開發(fā)新型二次堿金屬電池成為目前的研究重點(diǎn)。人們發(fā)現(xiàn)鉀離子在地球上儲(chǔ)量豐富，是鋰離子的1000多倍，鉀離子電池因其具有相對(duì)較低的成本，長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，高的能量密度等優(yōu)勢(shì)，可滿足儲(chǔ)能領(lǐng)域的需求，是一種極具潛力的新型二次堿金屬電池，基于以上優(yōu)點(diǎn)，鉀離子電池被認(rèn)為是未來(lái)極具前景的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展具有重要價(jià)值。

但是，鉀離子的半徑比鋰離子大，在鋰離子電池中已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的石墨負(fù)極材料因其層間距(0.335nm)較小，無(wú)法滿足鉀離子的快速脫嵌，為此，研究高容量且循環(huán)性能優(yōu)異的鉀離子電池負(fù)極材料成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

近年來(lái)，一種新型的二維材料MXene，為二維材料家族增添了新成員，MXene是一種新型的二維過(guò)渡金屬碳化物或氮化物，因其具有獨(dú)特的物化性質(zhì)脫穎而出。通常，這種新型材料可以通過(guò)選擇性化學(xué)蝕刻獲得，使用HF將MAX相中的A層蝕刻，得到“手風(fēng)琴狀”MXene材料，該材料表面含有羥基、氧、氟官能團(tuán)，豐富的化學(xué)成分和豐富的官能團(tuán)使MXene具有親水表面，優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)以及良好的機(jī)械性能。但是其層間距較小，并且表面官能團(tuán)具有一定的吸附性，因此單獨(dú)使用并不能取得理想的離子快速遷移效果。

目前，過(guò)渡金屬化合物因其具有高的可逆比容量已被廣泛研究，然而，單純的過(guò)渡金屬化合物在鉀離子重復(fù)脫嵌過(guò)程中產(chǎn)生巨大的體積膨脹，造成電極材料粉碎與脫落，易團(tuán)聚，從而導(dǎo)致較差的電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種VO₂/MXene復(fù)合材料。本發(fā)明的另一目的在于提供所述VO₂/MXene復(fù)合材料的制備方法。進(jìn)一步的，本發(fā)明提供一種VO₂/MXene復(fù)合材料的應(yīng)用，將所述VO₂/MXene復(fù)合材料應(yīng)用于鉀離子電池負(fù)極。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種VO₂/MXene復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將MXene材料加入分散劑中，配制成濃度為10-100mg/ml的分散液，優(yōu)選的為10-90mg/ml，進(jìn)一步優(yōu)選的為30-80mg/ml，例如40-70mg/ml，然后攪拌1-6h，優(yōu)選的為2h、4h、6h；