[发明专利]一种分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒的制备方法

说明书

本发明涉及一种分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒的制备方法，属于无机材料制备和钠离子电池技术领域。本发明所述方法选用乙酰丙酮氧钒或者偏钒酸铵作为钒源，与特定浓度的盐酸进行水热反应，并严格控制水热反应的温度以及时间，制备得到具有分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒，该方法所选用的原料成本低廉，制备过程简单易操作；另外，采用所制备的分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒作为钠离子电池的负极活性材料时，具有高的比容量、高的库伦效率和高的容量保持率，展示出良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种二氧化钒的制备，特别涉及一种分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒的制备方法，属于无机材料制备和钠离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池具有高容量、高电压、寿命长和环境友好等优点，但是由于地球上锂的储量有限，因此，开发新的二次电池实现大规模储能是非常重要的。钠元素与锂元素处于化学元素周期表中的同一主族，有相似的性质，与锂离子电池相似，钠离子电池同样也可以作为储能载体。从资源储量方面来讲，钠离子电池具有明显的优势，钠元素在地壳中的质量丰度为2.64％，而锂元素仅为0.006％。除此之外，海洋中也存在着大量的钠，这使得钠离子电池的生产成本要远远低于锂离子电池。因此，钠离子电池被认为是规模储能方面代替锂离子电池的最佳选择。

早在上个世纪80年代D.W.Muphy et al.就开始研究出二氧化钒材料，并将其应用于锂离子电池正极材料中，表现出了良好的导电率和快速锂离子扩散(Murphy D W,Christian P A,DiSalvo F J,et al.Lithium incorporation by V₆O₁₃ and relatedvanadium(+4,+5)oxide cathode materials[J].Journal of The ElectrochemicalSociety,1981,128(10):2053-2060)。由于二氧化钒具有较高的理论比容量，并且具有二维隧道结构，能够保证较大直径的钠离子嵌入和脱嵌，所以考虑将二氧化钒材料应用于钠离子电池中。Arumugam Manthiram et al利用微波辅助溶剂热法合成了二氧化钒和还原氧化石墨烯纳米棒，并应用于钠离子电池负极，但是电池负极材料的倍率性能和容量保持率不尽人意，并且在低电位条件下，有关于钠离子的脱嵌过程非常复杂(He G,Li L,ManthiramA.VO₂/rGO nanorods as a potential anode for sodium-and lithium-ion batteries[J].Journal of Materials Chemistry A,2015,3(28):14750-14758)；而且利用微波辅助溶剂热法制备二氧化钒需要严格控制在微波中的气氛和压力，生长条件较为苛刻。目前，也有直接用V₂O₅为原料制备VO₂，由于V₂O₅有剧毒，使得合成过程更加危险。采用其他钒盐材料进行还原制备VO₂时，还需要用到水合肼或者草酸，尤其是钒源为偏钒酸铵时，还需要用盐酸来调节pH至2，而且制备得到的前驱体还需要经过高温退火处理才能得到VO₂，制备过程复杂。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种简单可行的二氧化钒制备方法，选用特殊的钒源和特定浓度的盐酸为原料，利用水热反应的方法直接制备得到分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒；本发明所述制备的二氧化钒作为钠离子电池负极材料时，表现出高的放电容量和循环稳定性，而且在长时间循环后仍能保持非常高的容量保持率和库伦效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种分层纤铁矿型纳米条状二氧化钒的制备方法，所述方法步骤如下，