一种纳米花状VO2（B）/V2CT制造技术

本发明专利技术涉及一种纳米花状VO2(B)/V2CT

【技术实现步骤摘要】
一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法和钠离子电池，属于钠离子电池负极材料


技术介绍

[0002]在历经“火与柴草”、“煤炭与蒸汽机”、“石油与内燃机”三个能源阶段演变后，人类对一次能源储量的认知从“无限量”向有限转变，不断意识到一次能源的不可再生性进而引发“能源枯竭”恐慌。在二十一世纪的今天，能源短缺和环境污染已成为世界重点关注的问题之一。如何贯彻可持续发展的思想，有效地解决能源问题成为各国家和地区制定政策和方针必须考虑的关键因素。可再生能源，包括太阳能、水能、风能、潮汐能以及地热能等，在自然界中取之不尽用之不竭，并且使用过程中不会造成环境污染，能够很好地成为一次能源的替代品。但是将其作为电力供应源存在着“不连续、不稳定、难利用”的特点，无法直接并入电网，其需要储能电源辅助配合。
[0003]锂离子电池是目前主流的储能电源，但是锂资源成本较高，储量较少，很大一部分依赖国外进口，其发展受到了一定程度的限制。相对于锂元素来说，钠元素在地球中储量丰富、开采难度小且提炼成本低，能够解决锂离子电池“资源短缺”的恐慌。这使得发展钠离子电池有着很重要的战略意义。但是由于锂和钠物理化学特性存在的差异使得很多能够运用于锂离子电池的负极材料不能直接地运用于钠离子电池中，钠离子电池的发展因此受到一定程度的限制。因此，结合钠离子电池本身的特点设计合适的电极材料就显得尤为重要。当今，研究电化学性能优异、循环稳定的负极材料是钠离子电池领域的热点话题。
[0004]钒氧化物有突出的结构灵活性和有趣的化学和物理特性，并且大多数钒氧化物材料都具有非常典型的层状晶体结构，为钠离子迁移提供了良好条件。所以，钒基金属氧化物用作钠离子电池负极材料时，大都有着较好的比容量以及优异的循环可逆性，从而被看作是新一代钠离子电池负极材料。VO2是氧化钒中一类具有代表性的材料，有多种相态，如比较稳定的VO2(M)、VO2(R)相，亚稳定的VO2(A)、VO2(B)、VO2(V)和VO2(D)相等。在这些相态中，VO2(B)单斜晶体结构由于氧原子组成的八面体发生一定程度的变形，钒原子不再处于八面体的中心，形成特殊的二维层状结构，其能够提供快速的钠离子扩散通道，从而受到广泛的关注。但是纯相VO2(B)导电性较差，并且在充放电循环过程中，VO2(B)会发生聚集和体积膨胀进而造成阻抗增加，导致了较差的循环稳定性。
[0005]二维金属碳化物(MXenes)是一类新颖的二维晶体化合物，具有独特的层状结构和较高的比表面积，且表面有多种活性基团，可以作为钠离子吸附的位点。不同于核壳型碳包覆，使用MXenes材料对钒氧化物进行复合不仅能够一定程度上抑制材料的体积膨胀，其纳米尺度结构和高吸附能力还能提供较短的钠离子扩散距离和额外的活性位点。
[0006]现有技术中，CN107799760A专利使用V2O5作为原料制备VO2(B)，V2O5为2B类致癌物，具有致癌性，且其反应过程需要油浴，环境不友好并存在一定的安全隐患。CN112018348A专
利使用溶剂热法制备MXenes和VO2的复合材料，溶剂热法对材料性能影响较大，且还原剂选用油酸或抗坏血酸，反应条件苛刻。Wu F等报道了一种使用MXenes材料Ti3C2T
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与VO2(B)复合的方法，其虽然通过复合改善了VO2(B)的电化学性能，但是受制于两者之间阳离子储能电位的不匹配，性能还有进一步改善的空间(A 3D flower
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like VO2/MXene hybrid architecture with superior anode performance for sodium ion batteries[J].Journal of Materials Chemistry A,2019,7(3):1315
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1322.)。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种钠离子电池。
[0009]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0010]一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：
[0011](1)将形貌抑制剂加入水中搅拌形成透明溶液，先向所述透明溶液中加入碳源超声分散均匀，再依次加入钒源和硼氢化钠(NaBH4)，充分搅拌均匀后再加入硫脲(CH4N2S)，继续搅拌至混合均匀得到悬浊液。
[0012]所述形貌抑制剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)或聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F
‑
127)。
[0013]所述碳源为V2CT
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，优选为单层或少层V2CT
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。
[0014]所述钒源为乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)、偏钒酸钠或偏钒酸铵；
[0015]优选的，所述悬浊液中形貌抑制剂的质量浓度为8.33mg mL
‑1～33.33mg mL
‑1。
[0016]优选的，所述悬浊液中碳源的质量浓度为0.33mg mL
‑1～0.66mg mL
‑1。
[0017]优选的，所述悬浊液中钒源的摩尔浓度为8.36mmol L
‑1～33.34mmol L
‑1。
[0018]优选的，所述钒源、硼氢化钠与硫脲的摩尔数比为(0.5～2):(0.5～5):(1.5～10)。
[0019](2)将步骤(1)得到的悬浊液在150℃～200℃水热反应18h～30h，自然冷却至室温后，分离固液相，将所得固相洗涤、真空干燥，得到产物粉末。
[0020]优选的，水热反应升温速率为2℃min
‑1～5℃min
‑1；
[0021](3)将步骤(2)得到的产物粉末在惰性气体保护下450℃～550℃煅烧1.5h～3h，得到一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料。
[0022]优选的，煅烧升温速率为2℃min
‑1～5℃min
‑1。
[0023]一种钠离子电池，所述钠离子电池负极材料中活性物质为本专利技术所述一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料。
[0024]有益效果
[0025]1.本专利技术提供了一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，所述方法选择Mxene材料中的V2CT
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为碳源，乙酰丙酮氧钒、偏钒酸钠或偏钒酸铵为钒源，加入硼氢化钠和硫脲，通过一步水热法，在V2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将形貌抑制剂加入水中搅拌形成透明溶液，先向所述透明溶液中加入碳源超声分散均匀，再依次加入钒源和硼氢化钠，充分搅拌均匀后再加入硫脲，继续搅拌至混合均匀得到悬浊液；所述形貌抑制剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物或聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物；所述碳源为V2CT
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；所述钒源为乙酰丙酮氧钒、偏钒酸钠或偏钒酸铵；(2)将悬浊液在150℃～200℃水热反应18h～30h，自然冷却至室温后，分离固液相，将所得固相洗涤、真空干燥，得到产物粉末；(3)将产物粉末在惰性气体保护下450℃～550℃煅烧1.5h～3h，得到一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料。2.根据权利要求1所述一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳源为单层或少层V2CT
x
。3.根据权利要求1或2所述一种纳米花状VO2(B)/V2CT
x
复合材料的制备方法，其特征在于：所述悬浊液中形貌抑制剂的质量浓度为8.33mg mL
‑1～33.33mg mL
‑1。4.根据权利要求1或2所述一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，其特征在于：所述悬浊液中碳源的质量浓度为0.33mg mL
‑1～0.66mg mL
‑1。5.根据权利要求1或2所述一种纳米花状VO2(B)/V2CT
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复合材料的制备方法，其特征在于：所述悬浊液中钒源的摩尔浓度为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永鑫，金枭雨，吴锋，陈人杰，张蒙蒙，胡昕，张壹心，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：