LiV3O8分级纳米线网络材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及LiV3O8分级纳米线网络材料及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料，其具有明显的分级纳米线网络结构，由许多直径为100-300nm的分级纳米线相互连接而成，每根分级纳米线由许多直径为70-100nm的LiV3O8短棒组成，本发明专利技术的有益效果是：通过简单易行的溶液法结合静电纺丝法制备了LiV3O8分级纳米线网络材料，其作为锂离子电池正极活性材料时，表现出倍率性能高、循环稳定性好、容量高的特点；其次，工艺简单，通过简单易行的水浴搅拌即可得到前驱体溶液，对溶液进行静电纺丝结合后续煅烧工艺即可得到LiV3O8分级纳米线网络材料。该方法可行性强，易于放大化，符合高效化学的特点。

【技术实现步骤摘要】
LiV3O8分级纳米线网络材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料与电化学
，具体涉及LiV3O8分级纳米线网络材料及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料。
技术介绍
锂离子电池因其具有工作电压高、比容量大、自放电率小、循环寿命长、适用温度范围宽、无记忆效应、无环境污染等特点而发展得十分迅速。近年来受到人们重视的LiV3O8正极材料具有电位高、成本低以及容量高的特点，被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。但是，采用传统方法制备得到的LiV3O8材料结构稳定性差，高倍率下的循环稳定性能差，最终限制它作为高功率电极材料的应用。近年来，研究者们探索了很多方法来试图提高LiV3O8结构稳定性，增强电子电导率，包括碳包覆、纳米化及掺杂等方式。在众多策略中，对LiV3O8进行简单的纳米化并不能大幅提高电极材料的电子电导率及结构稳定性，而复杂结构纳米线(如分级结构纳米线等)因具有一系列优异特性而在电化学及能源领域得到了越来越多的关注。但是，以LiV3O8分级纳米线网络为电极材料还未见报道。因此，LiV3O8分级纳米线网络具有高的结构稳定性，有效降低离子的传输路径，并提高电解液与电极材料的接触面积。此外，LiV3O8分级纳米线结构可以有效的阻止纳米粒子的自团聚效应，同时还起到缓冲的作用，有效防止电极材料在锂离子嵌入/脱出时因体积变化而导致的结构破坏，有效改善电极材料的循环稳定性，最终实现LiV3O8电极材料在高功率、长寿命电极材料领域的应用。另外，制备LiV3O8分级纳米线网络材料所采用的静电纺丝法简单易行，不需要复杂的工艺流程，只需要改变静电纺丝的参数即可控制材料的形貌和尺寸大小，且制得的材料产量高、纯度高、分散性好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种LiV3O8分级纳米线网络及其制备方法，其工艺简单、符合高效化学的要求且便于放大化，在此基础上，LiV3O8分级纳米线网络电极材料还具有优良的电化学性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：LiV3O8分级纳米线网络材料，其具有明显的分级纳米线网络结构，由许多直径为100-300nm的分级纳米线相互连接而成，每根分级纳米线由许多直径为70-100nm的LiV3O8短棒组成，为下述制备方法所得产物，包括有以下步骤：1)将聚乙烯醇(PVA)与聚氧化乙烯(PEO)加入到蒸馏水中，其中PVA与PEO的质量比为1:2-2:1，水浴搅拌，得到淡黄色溶液；2)将LiAc·2H2O加入到步骤1)所得溶液中，其中LiAc·2H2O与PVA的质量比为1:5.6，混合搅拌；3)再将NH4VO3加入到混合溶液中，其中NH4VO3与LiAc·2H2O的摩尔比为3:1.05，混合搅拌，得到前驱体溶液；4)将所得前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体纳米线；5)将前驱体纳米线在空气气氛中煅烧，最后得到LiV3O8分级纳米线网络材料。按上述方案，步骤1)水浴搅拌的温度为60-80℃，搅拌时间为5-8h。按上述方案，步骤4)所述的静电纺丝法的纺丝工作电压为15-20kV，针头距离接收装置12-15cm，纺丝速度为0.3-0.5mLh-1。按上述方案，步骤5)所述的煅烧温度为400-450℃，时间为3-5小时。所述的LiV3O8分级纳米线网络材料的制备方法，包括有以下步骤：1)将聚乙烯醇(PVA)与聚氧化乙烯(PEO)加入到蒸馏水中，其中PVA与PEO的质量比为1:2-2:1，水浴搅拌，得到淡黄色溶液；2)将LiAc·2H2O加入到步骤1)所得溶液中，其中LiAc·2H2O与PVA的质量比为1:5.6，混合搅拌；3)再将NH4VO3加入到混合溶液中，其中NH4VO3与LiAc·2H2O的摩尔比为3:1.05，混合搅拌，得到前驱体溶液；4)将所得前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体纳米线；5)将前驱体纳米线在空气气氛中煅烧，最后得到LiV3O8分级纳米线网络材料。所述的LiV3O8分级纳米线网络材料作为锂离子电池正极活性材料的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术主要是通过简单易行的溶液法结合静电纺丝法制备了LiV3O8分级纳米线网络材料，其作为锂离子电池正极活性材料时，表现出倍率性能高、循环稳定性好、容量高的特点；其次，本专利技术工艺简单，通过简单易行的水浴搅拌即可得到前驱体溶液，对溶液进行静电纺丝结合后续煅烧工艺即可得到LiV3O8分级纳米线网络材料。该方法可行性强，易于放大化，符合高效化学的特点，利于市场化推广。附图说明图1是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的XRD图；图2是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的FTIR图；图3是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的SEM图；图4是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的TG/DSC图；图5是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的常温电池循环性能图；图6是本专利技术实施例1的LiV3O8分级纳米线网络材料的循环伏安曲线图。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。实施例1：LiV3O8分级纳米线网络材料的制备方法，它包括如下步骤：1)将0.9g聚乙烯醇(PVA)与0.9g聚氧化乙烯(PEO)加入到30mL蒸馏水中，在80℃下混合搅拌6小时，得到淡黄色溶液；2)将0.1611g二水醋酸锂(LiAc·2H2O)加入到步骤1)溶液(LiAc·2H2O与PVA的质量比为1:5.6)中搅拌30分钟；3)将0.528g偏钒酸铵(NH4VO3)加入到步骤2)溶液(NH4VO3与LiAc·2H2O的摩尔比为3:1.05)中搅拌30分钟，得到淡黄色前驱体溶液；4)将前驱体溶液抽入到20ml注射器中，通过静电纺丝法制备得到前驱体纳米线，其中纺丝工作电压为20kV，针头距离接收装置15cm，纺丝速度为0.3mLh-1；5)将纺丝产物在400℃空气气氛中煅烧5h，最后得到LiV3O8分级纳米线网络材料。以本专利技术的产物LiV3O8分级纳米线网络材料为例，其结构由X-射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪确定。如图1所示，X-射线衍射图谱(XRD)表明，LiV3O8分级纳米线网络材料物相与卡片号为01-072-1193的LiV3O8标准样品完全吻合，样品为单斜结构，空间群为P21/n，无杂相峰。如图2所示，傅立叶变换红外光谱(FTIR)也表明了LiV3O8的形成以及聚合物的完全分解。SEM图像(图3)表明我们所制备的LiV3O8材料为分级纳米线网络结构。纳米网络由直径为100-300nm的分级纳米线组成，单根纳米线又是由直径为70-100nm的LiV3O8短棒连接而成，最终形成了明显的分级纳米线网络结构。如图4所示，其形成机理如下：在低温煅烧阶段，混合的聚合物开始失水并降解。随着温度的升高，聚合物的分解加剧，同时LiV3O8原始晶粒开始形成。随着反应的继续进行，不断长大的LiV3O8晶粒取代了聚合物载体，连接形成分级纳米线网络结构。本专利技术制备的LiV3O8分级纳米线网络材料用于锂离子电池正极活性材料，锂离子电池的制备方法其余步骤与通常的制备方法相同。正极片的制备方法如下，采用LiV3O8分级纳米线网络作本文档来自技高网...

【技术保护点】
LiV3O8分级纳米线网络材料，其具有明显的分级纳米线网络结构，由许多直径为100‑300nm的分级纳米线相互连接而成，每根分级纳米线由许多直径为70‑100nm的LiV3O8短棒组成，为下述制备方法所得产物，包括有以下步骤：1)将聚乙烯醇(PVA)与聚氧化乙烯(PEO)加入到蒸馏水中，其中PVA与PEO的质量比为1:2‑2:1，水浴搅拌，得到淡黄色溶液；2)将LiAc·2H2O加入到步骤1)所得溶液中，其中LiAc·2H2O与PVA的质量比为1:5.6，混合搅拌；3)再将NH4VO3加入到混合溶液中，其中NH4VO3与LiAc·2H2O的摩尔比为3:1.05，混合搅拌，得到前驱体溶液；4)将所得前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体纳米线；5)将前驱体纳米线在空气气氛中煅烧，最后得到LiV3O8分级纳米线网络材料。

【技术特征摘要】
1.LiV3O8分级纳米线网络材料，其具有明显的分级纳米线网络结构，由许多直径为100-300nm的分级纳米线相互连接而成，每根分级纳米线由许多直径为70-100nm的LiV3O8短棒组成，为下述制备方法所得产物，包括有以下步骤：1)将聚乙烯醇(PVA)与聚氧化乙烯(PEO)加入到蒸馏水中，其中PVA与PEO的质量比为1:2-2:1，水浴搅拌，得到淡黄色溶液；2)将LiAc·2H2O加入到步骤1)所得溶液中，其中LiAc·2H2O与PVA的质量比为1:5.6，混合搅拌；3)再将NH4VO3加入到步骤2)所得溶液中，其中NH4VO3与LiAc·2H2O的摩尔比为3:1.05，混合搅拌，得到前驱体溶液；4)将所得前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体纳米线；5)将前驱体纳米线在空气气氛中煅烧，最后得到LiV3O8分级纳米线网络材料。2.如权利要求1所述的LiV3O8分级纳米线网络材料，其特征在于，步骤1)水浴搅拌的温度为60-80℃，搅拌时间为5-8h。3.如权利要求1所述的LiV3O8分级纳米线网络材料，其特征在于，步骤4)所述的静电纺丝法的纺丝工作电压为15-20kV，针头距离接收装置12-15cm，纺丝速度为0.3-0.5mLh-1。4.如权利要求1所述的LiV3O8分级纳米线网络材料，其特征在于，步骤5)所述的煅烧温度为400-450℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，任文皓，郑志平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42