一种CNT/VOOH的复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种CNT/VOOH的复合材料及其制备方法和应用，属于电化学材料技术领域，包括以下步骤：(1)将碳纳米管与浓酸混合加热后，冷却、过滤、洗涤和干燥，得到酸化碳纳米管；(2)将步骤(1)所述的碳纳米管分散在水中，超声分散，加入钒源和硫源，加入氨水搅拌直至钒源溶解，得到混合溶液；(3)将步骤(2)所述的混合溶液倒入水热釜中进行水热反应；(4)步骤(3)所述的水热反应结束后，将水热釜冷却后，将反应后冷却的产物取出，经水和乙醇混合液清洗后干燥，即得到CNT/VOOH复合材料。本发明专利技术将碳纳米管为作为反应介质，不仅增加了材料的导电性，同时约束了VOOH的形貌生长，产生了氧空位，极大程度的优化了VOOH的电化学性能。大程度的优化了VOOH的电化学性能。大程度的优化了VOOH的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种CNT/VOOH的复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学材料
，尤其涉及一种CNT/VOOH的复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]过去几十年，锂离子电池已经参与到人类生活的方方面面，诸如电动车，数码产品等。然而近年来锂盐和锂正极价格日益增长，迫使研究学者不得不寻找新型的替代电池。水系锌离子电池(AZIBs)已经成为一个有吸引力的候选人为智能电网和大规模能源存储系统(ESS)，由于高理论质量容量(820mA hg
‑1)和体积容量(5855mAh厘米
‑3)，低储能成本，高安全性和高离子电导率等。然而，AZIBs的发展受到了能量密度高、循环寿命长的先进阴极的限制。
[0003]近年来，大量的正极材料已被研究去应用于锌离子电池的阴极，如锰基材料、普鲁士蓝类似物和钒基材料。由于钒的天然丰度和多种氧化态，钒基化合物被报道为AZIBs的潜在宿主材料。VOOH材料是一种典型的钒基相变材料，作为锌离子电池正极材料有着很大的潜力，然而却鲜少被人研究报道。wang等人合成了lepidocrocite VOOH中空纳米球，取得了不错的电化学性能，并证明VOOH到Zn
0.3
V2O5·
nH2O的转变，以及之后Zn
2+
和H
+
共嵌入的反应机制。zhang等人制备了三种不同构型的VOOH，其中rhombic VOOH表现出最为优异的电化学性能，在5Ag
‑1循环5000次容量为270mAh g/>‑1，并提出了VOOH向Zn
0.36
V2O5·
nH2O和Zn3(OH)2V2O7·
2H2O转变的相变机制。值得注意的是在此工作中montroseite的VOOH仅表现出<100mAh g
‑1的比容量。除此之外再没有关于单斜型的VOOH的相关报道在ZIB中。VOOH能够原位转化形成钒青铜的优势值得得到研究者的更多关注。然而VOOH导电性与结构稳定性差，且不同结构的VOOH具有不同的反应机制和失效机制，进一步提升容量和循环稳定性成为主要的难题之一。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种CNT/VOOH的复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的CNT/VOOH复合材料不仅通过碳管增加了导电性，丰富了氧空位，同时形成了新颖的形貌结构。本专利技术CNT/VOOH材料阴极在10Ag
‑1下展现了长达8500次的循环同时了保持205mAhg
‑1的高可逆容量，在20Ag
‑1的大电流密度下仍具有277mAhg
‑1倍率性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种CNT/VOOH复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将碳纳米管与浓酸混合加热后，冷却、过滤、洗涤和干燥，得到酸化碳纳米管；
[0008](2)将步骤(1)所述的碳纳米管分散在水中，超声分散，加入钒源和硫源，加入氨水搅拌直至钒源溶解，得到混合溶液；
[0009](3)将步骤(2)所述的混合溶液倒入水热釜中进行水热反应；
[0010](4)步骤(3)所述的水热反应结束后，将水热釜冷却后，将反应后冷却的产物取出，
经水和乙醇混合液清洗后干燥，即得到CNT/VOOH复合材料。
[0011]优选的，所述步骤(1)中加热的温度为80～170℃；加热的时间为1～12h。
[0012]优选的，所述步骤(1)中的浓酸为浓硫酸和/或浓硝酸。
[0013]优选的，所述步骤(2)中超声的时间为1～5h；搅拌的时间为1～3h。
[0014]优选的，所述步骤(2)中钒源为钒酸钠和/或钒酸铵；硫源为硫代乙酰胺和/或硫脲。
[0015]优选的，所述步骤(2)中钒源和硫源的毫摩尔比为2～4:15～30mmol。
[0016]优选的，所述步骤(3)中水热反应的条件为：在170～200℃下保持20～48h。
[0017]优选的，所述步骤(4)中水和乙醇的体积比为1～2:1～5。
[0018]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的CNT/VOOH复合材料。
[0019]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的CNT/VOOH复合材料在制备水系锌离子电池正极中的应用。
[0020]本专利技术提供的CNT/VOOH复合材料不仅通过碳管增加了导电性，丰富了氧空位，同时形成了新颖的形貌结构。CNT/VOOH材料阴极在10Ag
‑1下展现了长达8500次的循环同时了保持205mAhg
‑1的高可逆容量，在20Ag
‑1的大电流密度下仍具有277mAhg
‑1倍率性能。CNT/VOOH是ZIBs中一种很有希望的阴极材料。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料的XRD图谱；
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料扫描电镜图谱(SEM)；
[0023]图3为本专利技术对比例1制备的VOOH的扫描电镜图谱；
[0024]图4为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料的高分辨透射电镜图谱(HRTEM)；
[0025]图5为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料的倍率性能图；
[0026]图6为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料和现有技术中钒基材料的倍率性能的比较图；
[0027]图7为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料在1Ag
‑1的循环性能图；
[0028]图8为本专利技术实施例1制备的CNT/VOOH复合材料的长循环性能图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种CNT/VOOH复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)将碳纳米管与浓酸混合加热后，冷却、过滤、洗涤和干燥，得到酸化碳纳米管；
[0031](2)将步骤(1)所述的碳纳米管分散在水中，超声分散，加入钒源和硫源，加入氨水搅拌直至钒源溶解，得到混合溶液；
[0032](3)将步骤(2)所述的混合溶液倒入水热釜中进行水热反应；
[0033](4)步骤(3)所述的水热反应结束后，将水热釜冷却后，将反应后冷却的产物取出，经水和乙醇混合液清洗后干燥，即得到CNT/VOOH复合材料。
[0034]在本专利技术，上述步骤(1)中，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管或单壁碳纳米管管束；所述碳纳米管的管径优选选为10～80nm，更优选为40～60nm，最优选为50nm。
[0035]在本专利技术，上述步骤(1)中，所述浓酸优选为浓硫酸和/或浓硝酸；所述浓硝酸的质量浓度优选为63～68％，更优选为65％；所述浓硫酸的质量浓度不小于70％。本专利技术优选将浓硝酸与浓硫酸以1:1～3的体积混合。
[0036]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CNT/VOOH复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳纳米管与浓酸混合加热后，冷却、过滤、洗涤和干燥，得到酸化碳纳米管；(2)将步骤(1)所述的碳纳米管分散在水中，超声分散，加入钒源和硫源，加入氨水搅拌直至钒源溶解，得到混合溶液；(3)将步骤(2)所述的混合溶液倒入水热釜中进行水热反应；(4)步骤(3)所述的水热反应结束后，将水热釜冷却后，将反应后冷却的产物取出，经水和乙醇混合液清洗后干燥，即得到CNT/VOOH复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中加热的温度为80～170℃；加热的时间为1～12h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的浓酸为浓硫酸和/或浓硝酸。4.根据权利要求1所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锴锴，石秀玲，张统一，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：