[發明專利]缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極及制法

在審

• 申請號: 202210660350.5
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115000337A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 張其沖;潘瑞
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/66;B82Y30/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹

1.一種缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極的制備方法，其特征在于，包括：

將鈷源、二甲基咪唑與水混合，形成混合反應液，將碳納米管纖維浸潤于所述混合反應液中，從而在碳納米管纖維表面原位生長鈷金屬有機框架材料，之后進行高溫碳化，并去除金屬離子，獲得三維多孔的氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料；

將所述氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料置于包含有機釩鹽的有機溶液中，進行溶劑熱反應，得到氮化釩納米片前驅體/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料；

在保護性氣氛中，對所述氮化釩納米片前驅體/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料進行退火處理，得到氮化釩納米片/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料，之后進行原位電化學氧化處理，獲得水合五氧化二釩納米片/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料，即缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鈷源與二甲基咪唑的質量比為3.55～4∶1，和/或，所述鈷源包括六水合硝酸鈷，和/或，所述碳納米管纖維浸入混合反應液中的長度在2cm以上，反應時間為3～5h。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括：在包含氫氣和惰性氣體的第一混合氣氛中，對原位生長有鈷金屬有機框架材料的碳納米管纖維進行高溫碳化，之后刻蝕去除金屬離子，獲得三維多孔的氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述高溫碳化的溫度為700～900℃，時間為1～3h，升溫速率為0.5～1.5℃/分鐘，氫氣和惰性氣體的流量為100～300sccm，其中，所述第一混合氣氛中氫氣的體積比為4～6％，優選的，所述惰性氣體為氬氣；和/或，所述刻蝕采用的刻蝕劑包括三氯化鐵和鹽酸，刻蝕時間為20～28h。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述包含有機釩源的有機溶液中有機釩源的濃度為0.005mg/ml～0.02mg/ml；

和/或，所述有機釩源包括三異丙氧基氧化釩，所述包含有機釩源的有機溶液中的有機溶劑包括異丙醇；

和/或，所述溶劑熱反應的溫度為180～220℃，時間為8～12h。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括：將所述氮化釩納米片前驅體/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料置于包含氨氣和惰性氣體的第二混合氣氛中進行退火處理，得到氮化釩納米片/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料；

將所述氮化釩納米片/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料、鋅負極與電解液組裝形成電化學反應體系，之后將其進行原位電化學氧化處理，使氮化釩轉換為缺陷豐富水合五氧化二釩納米片，獲得水合五氧化二釩納米片/氮摻雜碳/碳納米管纖維復合材料。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述退火處理的溫度為500～700℃，退火處理的時間為1～3h，升溫速率為0.5～1.5℃/分鐘，氨氣和惰性氣體的流量為100～300sccm，其中，所述第二混合氣氛中氨氣的體積比為40～60％，優選的，所述惰性氣體為氬氣；

和/或，所述電解液包括三氟甲烷磺酸鋅；

和/或，所述原位電化學氧化處理采用的電流密度為0.2～0.4Acm^-3。

8.由權利要求1-7中任一項所述制備方法制得的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極，所述缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極具有核殼結構，其包括作為核的氮摻雜碳骨架，以及作為殼層的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片，優選的，所述缺陷豐富水合五氧化二釩納米片的尺寸為50～100nm，厚度為3～5nm，優選的，所述缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極中作為活性物質的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片的含量80～90wt％，優選的，所述殼層的厚度為80～150nm。

9.權利要求8所述的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極于制備電化學儲能材料中的應用。

10.一種電化學儲能裝置，其特征在于，包括權利要求8所述的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極，優選的，所述電化學儲能裝置包括鋅離子電池；

優選的，所述電化學儲能裝置包括可穿戴供能器件。