一种锂离子电池用钒酸锌纳米纤维负极材料的制备方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池纳米负极材料及制备方法，尤其涉及一种锂离子电池用钒酸锌纳米纤维负极材料及制备方法；属于纳米材料和化学电源技术领域。

背景技术：

能量的储存一直以来都是人们关注的热点问题之一，尤其是近些年来环境和能源之间的矛盾日益加剧。人类在寻找高效储能的装置的道路上重未停歇。与其他储能装置相比，锂离子电池具有绿色环保、无记忆效应等的优点，目前已被广泛的应用于各种便携式电子设备。随着混合动力汽车和电动汽车的兴起和发展，人们对锂离子电池比容量、使用寿命以及快速充放电性能提出了更高的要求。然而，商业化的锂离子电池使用的负极材料主要是石墨，石墨材料的理论容量较低，只有372mAh/g，已经愈来愈不能满足目前高比容量的要求。因此开发新型的具有比容量高、充放电效率高、循环寿命长的锂离子电池负极材料具有十分的必要性。

近年来，有大量的研究发现过渡金属氧化物具有较高的理论比容量，是目前石墨负极潜在的替代材料。其中，尖晶石型的复合金属氧化物Zn₂V₂O₇，其理论比容量高，且原材料环保，价格低廉，循环性能稳定。利用静电纺丝技术可以制备纳米纤维，由于纤维直径小、比表面积大等优点，运用在锂离子电池中能够有效地增加离子的扩散路径和电子传输的表面积，进而提高锂离子电池的可逆容量和循环寿命。目前，利用静电纺丝技术和高温煅烧技术相结合，制备Zn₂V₂O₇纳米纤维并用做锂离子电池负极材料还没有相关的文献及专利报道。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是一种用于锂电池的钒酸锌纳米纤维的制备及应用。

本发明采用的技术方案是，采用静电纺丝的方法制备PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维，经过高温煅烧得到钒酸锌纳米纤维负极材料，具体步骤如下：

(1)称取一定量的PVP溶解于乙醇中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。

(2)称取一定量的乙酰丙酮氧钒(C₁₀H₁₄O₅V)和乙酸锌(C₄H₆ZnO₄·2H₂O)溶解于DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至形成均匀溶液。

(3)将步骤(2)中的溶液缓缓倒入步骤(1)的溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。

(4)将步骤(3)中的溶液在静电纺丝装置中进行纺丝，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜，纺丝电压为15～25kV，接收距离为10～20cm，纺丝速度为0.3～1.0mL/h。

(5)将步骤(4)中得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持温度3～5h，升温速率为0.5～2℃/min，煅烧结束后自然降温至室温。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：

(1)本发明的制备方法工艺简单，经过静电纺丝和煅烧即可得到钒酸锌纳米纤维。

(2)本发明制备的钒酸锌纳米纤维负极可充分发挥了纳米纤维材料具有大的比表面积、较短的离子扩散路径和良好的结构稳定性等优点，电化学稳定性优异，因此其可作为一种新型的锂离子电池负极材料得到广泛应用。

附图说明

图1钒酸锌纳米纤维的扫描电子显微镜图像。

图2钒酸锌纳米纤维负极材料的循环性能图。

具体实施方式

实施例1

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝速度为0.5mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃4h，升温速率为1℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。

实施例2

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为20kV，接收距离为20cm， 纺丝速度为0.5mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃3h，升温速率为0.5℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。

实施例3

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离为20cm，纺丝速度为1mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃5h，升温速率为2℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。

实施例4

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为25kV，接收距离为15cm，纺丝速度为0.8mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃2h，升温速率为1℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。

实施例5

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为15kV，接收距离为20cm，纺丝速度为0.5mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃4h，升温速率为0.5℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。

实施例6

称取PVP 3g加入8.5g乙醇溶液中，放入搅拌子，调节适当的转速，室温下搅拌12～24小时至均匀，静置除泡。同时称取0.63685g的乙酰丙酮氧钒和0.26315g二水乙酸锌溶解于8.5g DMF中，同样放入搅拌子，调节适当转速，室温下搅拌12～24小时至均匀。待两者都形成均匀溶液后，将DMF溶液加入到乙醇溶液中，继续室温搅拌5～6小时至均匀。然后，将所配制的纺丝液在自制静电纺丝装置中进行纺丝，纺丝电压为18kV，接收距离为18cm，纺丝速度为1mL/h，得到PVP/C₄H₆ZnO₄/C₁₀H₁₄O₅V复合纳米纤维膜。再将得到的复合纳米纤维膜放入管式炉中煅烧，在空气氛中从室温升温至500℃，保持500℃2h，升温速率为1℃/min，煅烧结束后自然降温至室温，即得到钒酸锌纳米纤维。