[发明专利]一种VO2

说明书

一种VO₂纳米花材料及其制备方法和应用，涉及锌离子电池电极材料技术领域，本发明利用静电纺丝手段制备的V₂O₅纳米纤维作为基底，而后在此基底上水热生长出VO₂纳米花。对比以往技术中用于锌离子电池的V‑‑O化合物，本发明制备了均匀且具有极大比表面积的VO₂纳米花材料，该VO₂纳米花材料的“花瓣”状结构间充满了间隙，能够让电解液更加容易地渗入材料深层，增加与活性物质的接触，有利于提高电化学性能。由于该材料具有极大的比表面，可在充放电过程中储存Zn²⁺离子，并可以为Zn²⁺离子和电子的进出提供快速通道，在电化学测试中表现出了良好的循环和倍率性能。上述VO₂纳米花的制备方法不对环境造成污染，工艺易于控制，适宜于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锌离子电池电极材料技术领域，特别涉及一种VO₂纳米花材料及其制备方法和应用。

背景技术

现在市面上流行的可充电电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池（包括锂电池和聚合物锂电池）等，上述类型的电池在安全、价格、环保以及能量密度方面有各自的缺点。二次水系锌离子电池兼具安全、廉价、环保、高能量密度等优势。高能量密度的二次水系锌离子电池（ZIBs）有望满足日益增长的安全、可持续能源存储设备的需求。

VO₂在自然界中存在有五种形态，分别是两种稳定的结构和三种亚稳态结构。两种稳定的结构分别是高温态的金属相VO₂（R）和低温态的非金属相VO₂（M），高温态的金属相是四方的金红石结构，而低温态的非金属相具有金红石结构扭曲的单斜相结构。另外三种亚稳态的结构是VO₂（A）、VO₂（B）和VO₂（C）,其中前两种相是单斜的晶体结构， VO₂（A）晶体结构中的八面体为三维立体结构不能成为可以嵌入离子的层状结构。B型VO₂晶体具有完整的bc轴的双层V₄O₁₀带型隧道，此晶型共棱的连接同样是由VO₂八面体的基本单元得到的，沿着c和b轴方向存在着一个大小为8.2Å×5.2 Å的晶面隧道，可以有效的为Zn²⁺在充放电过程中的嵌入和脱出提供出入路径，用于快速锌离子电池非有机和含水的反转/脱嵌锌离子电池。

理论上而言，VO₂（B）纳米棒，纳米线和纳米条带的一维（1D）纳米结构可以提供大的表面积和有效的电子传输途径，易于实现高容量，但这些材料仍然存在容量衰减速度快、大电流条件下的循环稳定性和可逆性表现不佳的问题。

发明内容

本发明的目的之一是针对钒系材料晶体结构在脱嵌锌时容易被破坏的缺点，通过纺丝和水热复合方式合成一种VO₂纳米花材料，以改善钒系材料的脱嵌锌循环稳定性，提高材料的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种VO₂纳米花材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一、配制水热反应液：

1.1.将适量V₂O₅粉末和H₂C₂O₄·2H₂O溶于蒸馏水和乙醇的混溶剂中，在磁力搅拌条件下逐滴加入适量H₂O₂溶液使溶液澄清；

步骤二、水热法制备VO₂纳米花材料：