一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯支撑的钒酸锑纳米颗粒复合材料及其制备方法。以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为6％～12％，钒酸锑纳米颗粒含量为88％～94％；钒酸锑纳米颗粒均匀附着在石墨烯片层上。所述方法为：将NH4VO3粉末分别分散在去离子水中，溶解然后加入六水三氯化锑搅拌分散均匀，最后加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散均匀后转移至密闭反应釜中进行水热反应，得到的粗产物洗涤干燥后即可得到；所述材料具有优良的电化学性能，应用到锂离子电池和钠离子电池中均展现出高容量和高倍率性能；所述方法工艺简单，易于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料及其制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着化石能源的不断消耗和环境污染的日益加剧，高能量清洁能源存储系统的开发和利用显得尤为重要。电化学储能因其具有环境友好性而倍受青睐。其中，锂离子电池因其优异的电化学性能而被广泛的应用于便携式电子设备以及电动汽车等领域，但其在电网等大规模存储领域中的应用依旧受到其能量密度的制约。此外，由于金属锂在地球上的存储有限，基于资源的长期利用以及成本考虑，钠离子电池因其丰富的资源存储和相似的储能机理而被广泛研究，若能在此基础上开发出性能优良的电极材料，必将推动储能技术的深入发展。目前，商业化的锂离子电池负极材料为石墨，理论容量为372mAhg-1，这在一定程度上限制了锂离子电池能量密度的再度提高，且研究表明，石墨体系因其层间距的问题不能应用于钠离子电池储能。因此，开发和利用更高比容量的负极材料尤为重要。在众多的负极材料中，金属氧化物因其理论容量高，易于制备等特点而得到了广泛的研究。此外，现有的研究发现，纳米材料可以有效的缩短锂离子扩散距离，提高动力学，从而改善材料的电化学性能。另一方面，石墨烯，碳纳米管等碳基材料复合能够有效的改善电子传导，对电极材料的倍率性能十分有益。早在2006年，FrankBerry等人就通过机械球磨的方法成功的制备了SbVO4纳米材料，并深入的研究了其作为锂离子电池负极材料的存储机理。但其低电子传导和循环过程中巨大的体积膨胀问题导致其具有较低的比容量和较差的循环性能，制约了其进一步的发展应用。此后，关于SbVO4在电化学储能领域的研究则相对较少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料，所述材料具有优良的电化学性能；本专利技术的目的之二在于提供一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料的制备方法，所述方法中原料来源广，制备工艺简单，且成本低廉。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料，以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为6％～12％，SbVO4纳米颗粒的含量为88％～94％；SbVO4纳米颗粒均匀附着在石墨烯片层上。本专利技术所述的一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将NH4VO3粉末加入到去离子水中，加热至溶解，得到黄色透明溶液；(2)将六水三氯化锑(SbCl3·6H2O)加入到步骤(1)得到的黄色透明溶液中，搅拌分散，得到混合分散液；(3)向步骤(2)得到的混合分散液中加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散均匀，得到悬浊液；(4)将步骤(3)中得到的悬浊液转移至密闭反应釜中进行水热反应，水热反应温度为170～190℃，水热反应时间为22～26h，然后冷却至室温，得到粗产物；(5)将步骤(4)得到的粗产物洗涤、干燥，得到一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料；其中，NH4VO3、去离子水、氧化石墨烯和六水三氯化锑的用量比为2mmol:50mL:30～60mg:1.8～2.2mmol。优选的，步骤(4)中采用聚四氟乙烯反应釜。优选的，步骤(5)中采用冷冻干燥。一种锂离子电池，所述电池的负极材料为本专利技术所述的一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料。一种钠离子电池，所述电池的负极材料为本专利技术所述的一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料。有益效果：本专利技术通过温和的一步水热法成功制备了一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料，不仅原材料来源广泛，资源丰富且反应条件温和，制备工艺简单，易于大规模生产，非常有利于市场化应用。所合成的SbVO4纳米颗粒均匀的附着在石墨烯片层上面，具有显著增大的比表面积。此外，石墨烯结构不仅提供了连续的电子传输通道同时有效的缓解了电极材料在循环过程中的体积变化，提高了结构稳定性。当石墨烯含量较低时，复合材料的循环稳定性及电子传导特性相对较差，而当进一步提高石墨烯含量时，复合材料的容量会降低。当所述复合材料作为锂/钠离子电池负极材料时，相对于传统的负极材料，所述的SbVO4纳米颗粒复合材料展现出显著提高的高容量高倍率特性，是极具应用潜力的负极材料。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的终产物的X射线衍射图谱；图2为本专利技术实施例1制备得到的终产物的扫描电子显微镜图；图3为本专利技术实施例1制备得到的终产物的局部放大扫描电子显微镜图；图4为本专利技术实施例1所组装的锂离子半电池在0.1Ag-1电流密度下的电池循环性能图。图5本专利技术实施例1所组装的锂离子半电池在不同电流密度下的倍率性能图。图6为本专利技术实施例1所组装的钠离子半电池在0.1Ag-1电流密度下的电池循环性能图。图7本专利技术实施例1所组装的钠离子半电池在不同电流密度下的倍率性能图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中：1、X射线衍射(XRD)测试：采用日本日立公司的Rigaku-D/max-2550pc型X射线粉末衍射仪对产物进行物相分析，使用Cu-k作为辐射源，波长为1.5406，采用Ni滤波片，管流为40mA，管压为40KV，扫描范围为10°～90°，扫描速度为8°/min，步长为0.02°；将实施例制得的终产物放入载玻片中压平，将载玻片嵌入X射线粉末衍射仪的实验槽正中，进行测试；物相的鉴定和晶体结构信息由JADE6.0软件分析。2、扫描电子显微镜(SEM)测试：采用HITACHI公司生产的S-4800型号的扫描电子显微镜测试仪，加速电压为20KV，观察产物的微观形貌。3、热重分析：采用SEIKO公司产的TG/DTA6300型热重分析仪，空气气氛中，升温速度为5度每分钟，测量终产物中石墨烯的含量。4、将实施例制得的终产物组装成半电池并进行电化学性能测试，所述半电池制备方法如下：(1)电极片的制备采用实施例制备所得的终产物作为活性材料，乙炔黑作为导电添加剂，羧甲基纤维素钠(CMC)作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、CMC的质量比为70:20:10；将它们按比例充分混合后，加入少量异丙醇，研磨均匀，均匀涂覆在铜箔上；干燥24小时后裁成圆片备用。(2)锂离子半电池的组装以1M的LiPF6溶解在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中(EC与DMC的体积比为1:1)得到电解液，锂片为负极，CR2032型不锈钢为电池外壳组装成扣式锂离子半电池。(3)钠离子半电池的组装以1M的NaClO4溶解在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶液中(EC与DEC的体积比为1:1)并添加占混合溶液体积5％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)制得电解液，钠片为负极，CR2032型不锈钢为电池外壳组装成扣式钠离子半电池。使用武汉市金诺电子有限公司生产的Land电池测试系统进行电化学性能测试：其中电压测试区间为0.01-3V。实施例1：一种石墨烯支撑的SbVO4纳米颗粒复合材料制备方法，所述方法步骤如下：(1)将2mmolNH4VO3粉末分散在50mL去离子水中，80℃水浴至溶解，得到黄色透明溶液；(2)将2mmol六水三氯化锑(SbCl3·6H2O)加入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯支撑的钒酸锑纳米颗粒复合材料，其特征在于：以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为6％～12％，钒酸锑纳米颗粒的含量为88％～94％；钒酸锑纳米颗粒均匀附着在石墨烯片层上。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯支撑的钒酸锑纳米颗粒复合材料，其特征在于：以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为6％～12％，钒酸锑纳米颗粒的含量为88％～94％；钒酸锑纳米颗粒均匀附着在石墨烯片层上。2.一种如权利要求1所述的石墨烯支撑的钒酸锑纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将NH4VO3粉末加入到去离子水中，加热至溶解，得到黄色透明溶液；(2)将六水三氯化锑加入到步骤(1)得到的黄色透明溶液，搅拌分散均匀，得到混合分散液；(3)向步骤(2)得到的混合分散液中加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散均匀，得到悬浊液；(4)将步骤(3)中得到的悬浊液转移至密闭反应釜中，170～190℃下水热反应22～26h，然后冷却至室温，得到粗产物；(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈人杰，赵露滋，谢嫚，罗锐，黄永鑫，吴锋，李丽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11