[发明专利]一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料及其制备方法。以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为8％～20％，多孔二氧化钒微米球含量为80％～92％；多孔二氧化钒微米球直径为200～400nm，多孔二氧化钒微米球均匀附着在石墨烯片层上。所述方法为：将NH₄VO₃粉末分散在去离子水中，加入HCl，搅拌至溶解；再加入水合肼，搅拌，最后加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散后进行冷冻干燥，得到的前驱体在氮气下400～500℃煅烧1～4h，即可得到；所述复合材料应用到钠离子电池中具有优异的循环稳定性和高倍率性能；所述方法工艺简单，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备以及混合电气车辆等的迅猛发展，研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料是人类社会实现可持续性稳定发展的必要条件。目前，锂离子电池是发展前景最为明朗的高能电池体系，但随着数码、交通等产业对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将使锂电成本逐步提高，影响其进一步的发展应用。金属钠与金属锂共处第I主族，具有相似的物理和化学性质，且钠在地球上储量丰富且分布广泛，若在此基础上研制出性能优良、安全稳定的电极材料，钠离子电池将比锂离子电池具有更大的市场竞争优势。

但是目前对钠离子电池负极材料的研究还相对较少。钒氧化物因具有容量高，合成简单的优点在锂离子电池中得到了广泛的研究。且我国钒矿资源丰富，储量为世界第一，使其同时兼备易于制备且价格低廉的优点。

Manthiram等人通过微波溶剂热方法制备了VO₂/rGO钠米棒，作为钠离子电池负极材料进行电化学性能测试时，该VO₂/rGO钠米棒仅展现出220mAh g^-1的容量，且经过100次循环后，容量仅为初始容量的70％。其较为苛刻的实验条件及较低的容量和循环稳定性不能满足现今储能装置的要求，阻碍了其进一步的发展。解决此类问题不仅需要优化实验条件还需要从材料本身的结构和组成出发。现有的研究表明，纳米材料可以从纳米尺度上有效的降低钠离子的扩散距离，从而改善其动力学；多孔及空心结构有助于电解液的渗透，增加电极材料及电解液的接触面积同时还能有效的缓冲结构应力，改善其结构稳定；此外，适量的碳材料包覆不仅可以有效的缓解材料在循环过程中的体积变化，提高稳定性，同时还能有效的提高材料的电子传导特性，进而改善其倍率性能。因此开发和有效利用钒基电极材料具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料，所述材料具有优良的电化学性能；本发明的目的之二在于提供一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料的制备方法，所述方法中原料来源广，制备工艺简单，且成本低廉。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球复合材料，以所述材料质量为100％计，石墨烯含量为8％～20％，多孔二氧化钒微米球含量为80％～92％；多孔二氧化钒微米球直径为200～400nm，多孔二氧化钒微米球均匀附着在石墨烯片层上。

本发明所述的一种石墨烯支撑的多孔二氧化钒微米球的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将NH₄VO₃粉末分散在去离子水中，得到分散液；

(2)向步骤(1)得到的分散液中逐滴加入HCl，搅拌直至溶解；

(3)向步骤(2)中得到的溶液中逐滴加入水合肼，搅拌20～40min，得到悬浊液；

(4)向步骤(3)中得到的悬浊液中逐滴加入氧化石墨烯水溶液，搅拌分散后进行冷冻干燥24h以上，得到前驱体；