纳米片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种二维裡离子电池添加剂VC2纳米片及其制备方法，具体设及一种 二维裡离子电池添加剂VC,纳米片及其利用化学刻蚀的制备方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子动力电池在全球电动汽车产业发展中占有绝对优势，而在裡离子电池的研 究中，材料导电性差一直是制约其发展的瓶颈问题，因此，提高材料导电性是决定裡离子电 池综合性能优劣的关键因素，其研究一直是该领域的热点。近年来，二维纳米材料W其独特 的物理化学性能，如；柔性、比表面积大，活性位点多，带电粒子传输性能好等，而被广大研 究者所关注，几种典型的二维纳米材料如：石墨締、M0S2、WS2等材料均在储能领域表现出了 极大的应用前景。
[0003] 二维VC2材料由于具有独特的二维层状结构(可W提供裡离子快速传输通道)，优 异的电子导电率，潜在的高容量，在储能领域(裡离子电池、钢离子电池、裡硫电池、超级电 容器等）中已凸显出巨大的应用前景。VC2结构上相对于石墨和类石墨无机材料（BN、MoS2 等层内具有强共价键，层间具有较弱的范德华力）不仅具有强的共价键，还具有强的金属键 和离子键，因此，不能简单的使用机械剥离的方法来制取VC2单层材料。VC2纳米材料的特 殊结构，决定了材料具有许多独特的性能，应用于裡离子电极材料时，储裡机理、电化学过 程动力学等与其他材料不同。然而，目前尚未有任何关于VC2纳米材料应用于裡离子电池 的报道。
[0004] 在制备上，CN103641119A公开了一种类石墨締材料的制备方法，是将TisAlCs在 HF酸中进行化学刻蚀，使A1被选择性刻蚀掉，得到所述类石墨締材料，其制备过程中需要 采用两次超声处理，一次是在HF酸化学刻蚀的过程中，还有一次是在后续分离过程中，才 得到单层二维TisCs纳米片，制备过程繁复，而且所制备的TisCs纳米片并未实际应用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种步骤简单，应用于裡离子电池时能够大 大提高材料的导电性，并有效改进材料电化学性能的二维裡离子电池添加剂VC,纳米片及 其简单的制备方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下；一种二维裡离子电池添加剂VC2 纳米片，按照W下方法制成： (1) 将二维VA1C2基体材料置于浓度为0. 008~0. 5mol/L的HF溶液中浸泡4~60h， 得含有多层二维VC,的混合溶液； (2) 将步骤（1)中所得含有多层二维VC2的混合溶液置于超高速离屯、机中W10000~ 80000转/分钟的转速进行离屯、处理10~80h，得含有单层二维VC2纳米片的前驱体； (3) 将步骤（2)所得含有单层二维VC2纳米片的前驱体进行洗漆，得单层二维VC2纳米 片； (4)将步骤（3)所得单层二维VC2纳米片在60~100°C下，干燥4~15h，得二维裡离 子电池添加剂VC2纳米片。
[0007] 进一步，步骤（1)中，所述HF溶液的浓度为0. 01~0. 2mol/L(优选0. 05~ 0. 15mol/L)。将二维VA1C2基体材料置于HF溶液中浸泡的目的是进行化学刻蚀，去除金属 A1层，W获得含有多层二维VC2的框架材料，若HF溶液的浓度和浸泡时间不在所述范围内， 金属A1层的刻蚀效果均不佳。二维VA1C2基体材料浸泡时对HF溶液的用量没有要求。
[0008] 进一步，步骤（1)中，所述浸泡的时间为5~20h。
[0009] 进一步，步骤（2)中，所述离屯、机的转速为20000~60000转/分钟。对含有多层 二维VC2的混合溶液进行超高速离屯、处理的目是对多层二维VC2进行机械剥离，W得到单层 二维VC2纳米片的前驱体。
[0010] 进一步，步骤（2)中，所述离屯、的时间为20~60h。
[0011] 研究表明，若不采用步骤（1)中所述0. 008~0. 5mol/L的HF浓度、4~60h的浸 泡时间，不采用步骤（2)中所述10000~80000转/分钟的转速和10~80h的离屯、处理时 间，将很难得到VC2纳米片。
[0012] 步骤（3)中，洗漆的目的主要是为了去除A1在剥离后可能转移到单层二维VC2纳 米片的前驱体中的金属杂质，采用常规洗漆方法即可。
[0013] 进一步，步骤（4)中，所述干燥的温度为80~90°C。
[0014] 进一步，步骤（4)中，所述干燥的时间为5~lOh。
[0015]本发明VC2纳米片的制备方法是通过酸选择性去除VA1C2材料层状结构中的元素 A1而不破坏其层状结构，再通过超高速离屯、获得单层二维VC2纳米片的前驱体。
[0016] 研究表明，本发明二维VC2纳米片具有较大的比表面积，可W增大与电解液的接 触，使液固两相的离子传输面积变大，可W有效改善电极界面传输性能，从而大大减少材料 的界面电阻，与裡离子电池活性材料充分接触而形成一个快速的导电网络，可W加快离子 和电子的传输。本发明VC2纳米片的一次粒径厚度可有效控制在20~300nm之间，作为裡 离子电池添加剂时，在充放电过程中，由于其快速的导电特性，可W大大加快离子的传输， 提高活性材料的电化学性能。本发明首次将所制备的VC,纳米片W添加剂的形式应用于裡 离子电池中，能够有效缩短裡离子的扩散距离，使其传输速率加快，有利于提高材料的倍率 性能，比如当WLiFeP〇4作为正极材料时，0. 1C的放电比容量可达170. 8mAh/g，1C的放电 比容量可达164. 5mAh/g，5C的放电比容量可达140. 7mAh/g，10C的放电比容量可达130. 5 mAh/g，说明其充放电容量和倍率性能优异，与未加入添加剂的电池相比，加入VC2纳米片添 加剂后，活性材料的放电比容量、倍率性能都有明显的提高和改善，说明VC2纳米片的加入 能大大提高活性材料的导电性。本发明二维裡离子电池添加剂VC,纳米片的制备方法在HF 酸刻蚀阶段为自反应刻蚀，只采用了一次高速离屯、处理，即得到了单层二维VC2纳米片的前 驱体，省去了多次超声处理，步骤简单，合成温度低，反应时间短，原料易得，便于产业化。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例1所制得的二维裡离子电池添加剂VC2纳米片的SEM衍射图； 图2是本发明实施例2所制得的二维裡离子电池添加剂VC,纳米片的SEM衍射图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0019] 本发明实施例所使用的VA1C2基体材料，型号为ACSreagent,纯度> 99%，购自 Sigma-Al化ich;其它所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
[0020] 实施例1 (1) 将二维VA1C2基体材料置于浓度为0. Olmol/L的HF溶液中浸泡6化进行化学刻蚀 去除金属A1层，得含有多层二维VC2的混合溶液； (2) 将步骤（1)所得含有多层二维VC2的混合溶液置于超高速离屯、机中W50000转/ 分钟的转速进行离屯、处理50h，得含有单层二维VC2纳米片的前驱体； (3) 将步骤（2)所得含有单层二维VC2纳米片的前驱体进行洗漆，得单层二维VC2纳米 片； (4) 将步骤（3)所得单层二维VC2纳米片在100°C下，干燥化，得二维裡离子电池添加 剂VCg纳米片。
[002。所制得的二维裡离子电池添加剂VC2纳米片的沈M衍射图如图1所示，经检测，二 维裡离子电池添加剂VC2纳米片的一次粒径平均厚度为20nm。
[0022]电池的组装；分别称取0.24g的磯酸铁裡（LiFeP〇4)、磯酸饥裡（Li3V2(P〇4)3)作为 正极材料，加入0.〇3g上述所制备的VC2纳米片和0.03gPVDF(服V-900)作粘结剂，充分 研磨后加入2mLNMP分散混合，调浆均匀后于16y m厚的铜巧上拉浆制成正极极片，在厌氧 手套箱中W金属裡片为负极，WCelgard2300为隔膜，Imol/LLiPFe/EC:DMC:EMC(体积比 1:1:1)为电解液，组装成CR2025的扣式电池，将电池在3.0~4.5V电压范围内，0.1C、1C、 5C、10C倍率下，测其充放电容量和倍率性能，如表1所示。
[002引 实施例2 (1)将二维VA1C2基体材料置于浓度为0.08mol/L的HF溶液中浸泡化进行化学刻蚀 去除金属A1层，得含有多层二维VC2的混合溶液； (2) 将步骤（1)所得含有多层二维VC2的混合溶液置于超高速离屯、机中W10000转/ 分钟的转速进行离屯、处理80h，得含有单层二维VC2纳米片的前驱体； (3) 将步骤（2)所得含有单层二维VC,纳米片的前驱体进行洗漆，得单层二维VC2纳米 片； (4) 将步骤（3)所得单层二维VC2纳