[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

本發明公開了一種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。所述制法包括：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；將其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；之后對其進行退火處理和原位電化學氧化處理，獲得缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極。本發明通過溶劑熱、后退火和原位電化學氧化三步，得到具有氮摻雜碳骨架的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極，提高了五氧化二釩納米材料的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種電極材料，尤其涉及一種缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極及制備方法與應用，屬于納米功能材料的制備技術領域。

背景技術

近年來，具有高度靈活性的便攜式可穿戴電子產品進入我們的生活，開始蓬勃發展起來。為了實現整個設備的可穿戴性能，需要開發相匹配的高柔性、輕質量的微型供能器件。纖維狀電極相比于傳統的平面狀柔性能源器件具有更好的柔性，更容易突破平面設備的幾何限制，易于通過編織集成到織物中，能夠更加有效發揮儲能器件的優勢，為下一代電子和紡織品的合并，以開發無線紡織體域網絡(TBAN)做鋪墊。

以金屬線為集流體的纖維狀電極在可穿戴儲能器件中表現出優異的性能，但其只能實現有限半徑的簡單彎曲，質量較大，降低了整個器件的質量能量密度和功率密度。相對而言，碳基纖維材料具有低的密度、細長的結構、較好的穩定性和優異的柔性，有望發展成為代替金屬線的新型材料。其中碳納米管纖維由于其優異的機械性能、耐腐蝕、高的導電性和導熱性、良好的柔性和大的比表面積，被認為是最具有開發和應用潛力的下一代可穿戴電子纖維狀電極。在如碳納米管纖維的纖維電極上原位生長具有高比容量的過渡金屬化合物納米材料是制備高性能纖維電極一種常見方法，但是其較低的導電性和較少的活性物質載量限制了其性能。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極及制備方法，以克服現有技術存在的不足。

本發明的另一目的還在于提供所述缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極的應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了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。

本發明實施例還提供了由前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。

本發明實施例還提供了所述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。

相應的，本發明實施例還提供了一種電化學儲能裝置，其包括前述的缺陷豐富水合五氧化二釩納米片核殼結構纖維電極。

與現有技術相比，本發明的有益效果包括：