【技术实现步骤摘要】
二维LiV3O8和石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及锌离子电池电极材料
,特别涉及一种二维LiV3O8和石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
现在市面上流行的可充电电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池(包括锂电池和聚合物锂电池)等,上述类型的电池在安全、价格、环保以及能量密度方面有各自的缺点。二次水系锌离子电池兼具安全、廉价、环保、高能量密度等优势。高能量密度的二次水系锌离子电池(ZIBs)有望满足日益增长的安全、可持续能源存储设备的需求。现有的研究表明,活性物质颗粒尺寸过大会让二次电池在充放电过程中离子的嵌入和脱出有更大的能势壁垒,这阻碍了循环性能的提高,与此同时充放电过程中的离子进入活性物质晶格也需要更长的传播路径,这势必也会极大的影响材料的电化学性能。已知厚度小于10nm,且平面尺寸在几十纳米到微米之间的超薄二维纳米材料由于其极高的比表面积而具有极佳的电学、化学、热学、光学和磁学性能而被应用于传感器的制备、二次电池化学储能、电催化、光催化等诸多领域,并且随着材料的组成尺寸不断减小,其不仅有着电子传输现象的优势,并且在二次电池储能过程中对寄宿离子拥有强大的存储性能,这将给储能领域也带来极大的生机。目前来看,对于低成本绿色体系的锌离子电池的研究仍面临较大的挑战,其中,允许二价Zn2+锌离子快速嵌入和脱出的电极材料的研究已成为亟需突破的关键点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对五氧化二钒准层状晶体结构在脱嵌锌时容易被破坏的缺点,合成一种二维LiV3O ...
【技术保护点】
1.二维LiV
【技术特征摘要】
1.二维LiV3O8和石墨烯复合材料,其特征在于:包括活性层,所述活性层由LiV3O8纳米带层和石墨烯层组成,在两层石墨烯层之间夹着有一层LiV3O8纳米带层,所述石墨烯层表面起伏形成皱褶,所述LiV3O8纳米带层与位于其两侧的石墨烯层复合到一起,在所述石墨烯层与LiV3O8纳米带层间分布着尺寸为纳米级的间隙。
2.二维LiV3O8和石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于:在LiV3O8纳米带层和石墨烯层交替复合而成的复合材料退火过程结束时,使其骤冷,进行急速降温,从而使得石墨烯层局部收缩不均匀形成皱褶,进而在所述石墨烯层与LiV3O8纳米带层间产生尺寸为纳米级的间隙。
3.根据权利要求2所述的制备二维LiV3O8和石墨烯复合材料的方法,其特征在于,包括:
步骤一、制备LiV3O8二维纳米水合物前驱体;
1.1.按照合适的摩尔比取V2O5和LiOH粉末球磨混合均匀;
1.2.加水将球磨后的粉末搅拌分散均匀,再一边搅拌一边滴加过氧化氢溶液,使混合溶液由浑浊转为橙色澄清;
1.3.将橙色澄清溶液加入密闭反应釜中,在120-220℃条件下保温6-48小时,取出冷却得到所述LiV3O8二维纳米水合物前驱体;
步骤二、LiV3O8二维纳米水合物与石墨烯复合;
2.1.取适量氧化石墨烯加水分散,取适量氨丙基三甲氧基硅烷加水分散,将上述氧化石墨烯和氨丙基三甲氧基硅烷分别加水分散所得到的溶液均匀滴加到所述LiV3O8二维纳米水合物前驱体中,搅拌混合均匀后得混合溶液;
2.2.将步骤2.1制备的混合溶液在空气中干燥后,得固态的复合材料;
步骤三、LiV3O8纳米带层和石墨烯层复合材料的退火处理与形貌塑造;
3.1.将步骤2.2得到的复合材料在密闭空间内以1-5℃min-1的升温速度加热至180-550℃并保持1-4h,期间通入氢气和氩气的混合气体,所述混合气体中氢气的含量为5%-20%,通入的混合气体的流速为100-600sccm;
3.2.在步骤3.1中的保温过程结束时,使复合材料骤冷,进行急速降温,使得该复合材料中的石墨烯层局部收缩不均匀形成皱褶,进而在复合材料的LiV3O8纳米带层与石墨烯层间产生尺寸为纳米级的间隙,至此完成所述二维LiV3O8和石墨烯复合材料的制备。
4.根据权利要求3所述的制备二维LiV3O8和石墨烯复合材料的方法,其特征在于:在步骤1.1中,所述V2O5和LiOH的摩尔比为3:1.03。
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【专利技术属性】
技术研发人员:张睿智,黄靖栋,尹岚,戴成秋,
申请(专利权)人:湖南工学院,
类型:发明
国别省市:湖南;43
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