[发明专利]半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料。

背景技术

进入21世纪以来，能源问题日益凸显，煤、石油等传统资源日益枯竭，造成严重污染。而电能来源广泛，效率高，清洁无污染，但目前受到储存手段不足等因素制约。为了解决这个问题，发展先进能源储存器件越来越重要。最近，作为能源储存器件的重要组成形式，锂离子电池由于其较高的能量密度，被广泛应用于混合动力汽车以及便携设备中，可以有效减少石油的消耗，减少有害气体排放。在2012年科技部公布的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中指出“纯电驱动”汽车是我国新能源汽车技术的发展方向和重中之重。

但目前锂离子电池材料普遍存在循环寿命短，可逆容量低、生产成本高等问题，有效解决上述问题是目前研究的前沿与热点之一。H₂V₃O₈具有特殊的层状结构，其理论容量极高，为目前商用材料数倍，但其较差的循环性能，其较低的电子电导率与离子电导率，导致在大电流的工作环境中性能较差，严重制约在锂离子电池中的应用，特别是电动汽车领域的应用。

近年来，为提高锂离子的扩散效率，具有纳米结构的H₂V₃O₈材料受到了广泛关注，H₂V₃O₈纳米线由于具有轴向的小尺寸效应，电子和离子传导好，具有比较大的比表面积，扩散距离短等性质表现出优异的电化学性能。石墨烯由于独特的2D单层碳原子结构，具有高比表面积（2600m²/g）、高电子电导率、良好的机械韧性等特性，广泛应用于对电极材料的电化学改性中，特别是石墨烯卷曲之后，在管内存在纳米限域效应，将大幅提高材料的性能。但半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料的其制备方法，其制备过程简单，能耗较低，所得的半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料具有良好的电化学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线，由石墨烯自卷曲包覆H₂V₃O₈纳米线形成，其直径为100-500nm，石墨烯自卷曲形成的石墨烯卷与H₂V₃O₈纳米线之间存在间隙，其中H₂V₃O₈纳米线直径为20-80nm，采用下述方法制得，包括有以下步骤：

1）取1.1～1.5mmol的V₂O₅溶胶置于烧杯中，以苯胺/V₂O₅溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V₂O₅溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；

2）向步骤1）所得溶液中加入石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；

3）将步骤2）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；

4）将步骤3）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入恒温箱进行水热反应，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；

5）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H₂V₃O₈/石墨烯管中线结构同轴纳米线。

按上述方案，步骤2）所述的石墨烯分散液的制备方法包括有以下步骤：

a）量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；