纳米片电极材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及多孔CoV2O6纳米片电极材料及其制备方法和应用该材料可作为锂离子电池负极活性材料。
【背景技术】
[0002]如今，随着纯电动汽车、混合动力汽车、大规模能量存储器件等领域的快速发展，锂离子电池作为一种绿色能源储存器件，现在已被广泛的应用于手机，电脑，电动汽车等领域，所以研究新型纳米结构来获得更高的容量、安全性能好、成本低廉的锂离子电池已经成为当前研究锂离子电池的前沿和热点。传统碳基负极材料石墨的容量较低(理论容量为372mA h g 3。钴氧化物因具有容量高的优势(>600mA h g 而被广泛研究，而钴氧化物就是其中最热点的研究对象之一。但是钴氧化物电子电导率不高，且它在充放电过程中体积会膨胀很多导致破坏结果使循环性能比较差限制了它的应用。
[0003]研究表明，多孔结构具有一系列优异特性而在电化学及能源领域得到了越来越多的关注，多孔纳米材料可以增加活性材料与电解液的接触面积这样就能增加电极材料的容量，同时多孔结构可以为膨胀提供空间来防止结构破坏，同时可以有效的缩短离子扩散路径，提高材料的离子电导率。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种工艺简单，可行性强的多孔Co V2O6纳米片电极材料及其制备方法，可作为锂离子电池负极活性材料。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:多孔CoV2O6纳米片电极材料，所述纳米片形貌均一，尺寸为4-10 μπι，表面具有明显的多孔结构，孔径大小为10-50nm，其为以下制备方法所得产物，包括以下步骤:
[0006]I)将乙炔黑加入水中搅拌然后加入醋酸钴一起搅拌，使乙炔黑能够完全浸入水中；
[0007]2)把偏钒酸铵加入到去离子水，水浴溶解，将所得溶液逐滴加入到步骤I)所得溶液中并在常温下搅拌，得到前驱体；
[0008]3)将所得前驱体在水浴条件下进行烘干，研磨后在空气条件下煅烧，即得多孔CoV2O6纳米片电极材料。
[0009]按上述方案，步骤I)所述的乙炔黑的用量为0.01-0.2g，醋酸钴用量为0.l_2g。
[0010]按上述方案，步骤2)所述的偏钒酸铵用量为0.l_2g。
[0011]按上述方案，步骤3)烘干温度为60-90 °C。
[0012]按上述方案，步骤3)所述的煅烧温度为300-700°C，时间为3_20h。
[0013]所述的多孔CoV2O6纳米片电极材料的制备方法，包括以下步骤:
[0014]I)将乙炔黑加入水中搅拌然后加入醋酸钴一起搅拌，使乙炔黑能够完全浸入水中；
[0015]2)把偏钒酸铵加入到去离子水，水浴溶解，将所得溶液逐滴加入到步骤I)所得溶液中并在常温下搅拌，得到前驱体；
[0016]3)将所得前驱体在水浴条件下进行烘干，研磨后在空气条件下煅烧，即得多孔CoV2O6纳米片电极材料。
[0017]所述的多孔CoV2O6作为锂离子电池负极活性材料的应用。
[0018]本发明制备的多孔CoV2O6纳米片比表面积大，其多孔的结构可以增加溶液与电解质的接触面积，增加电极材料的容量，同时多孔结构可以为膨胀提高空间来防止结构的破坏，同时还可以有效的缩短离子扩散路径，提高材料的离子电导率，最终实现多孔CoV2O6纳米片电极材料在高功率、长寿命电极材料领域的应用，从而使其成为锂离子电池负极的潜在应用材料。多孔CoV2O6纳米片材料所采用的水浴干燥结合固相烧结法简单易行，通过控制烧结温度可以得到多孔的形貌，且制得的材料产量高、形貌均一。
[0019]本发明主要是通过水浴干燥法结合固相烧结法制备出多孔CoV2O6纳米片材料，其作为锂离子电池负极活性材料时，表现出高容量、具有非常好的循环稳定性；本发明制备的多孔CoV2O6纳米片其电化学性能在电流密度为500mAh g \其第二圈容量为699mAh g1，经过500次循环充放电后容量依然有623mAh g \容量保持率高达90%，多孔结构使CoV2O6纳米片具有优良的循环稳定性是长寿命锂离子电池的潜在应用材料；本发明工艺简单，可行性很强，易于放大化，符合绿色化学的特点，利于市场化推广。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1的多孔CoV2O6纳米片材料的XRD图；
[0021]图2为本发明实施例1的多孔CoV2O6纳米片材料的SEM图；
[0022]图3为本发明实施例1的多孔CoV2O6纳米片材料的TEM图；
[0023]图4为本发明实施例1的多孔CoV2O6纳米片材料在低电流密度下的电池循环性能图；
[0024]图5为本发明实施例1的多孔CoV2O6纳米片材料在高电流密度下电池循环性能图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0026]实施例1
[0027]介孔CoV2O6纳米片的制备方法，它包括如下步骤:
[0028]I)首先把0.08g乙炔黑加入20ml水中搅拌然后加入0.9963g醋酸钴一起搅拌2h，使乙炔黑能够完全浸入水中；
[0029]2)把0.9385g偏钒酸铵加入到20mL去离子水中，85°C水浴溶解，将所得溶液逐滴加入步骤I)所得溶液中，并在常温下一起搅拌5h，得到前驱体；
[0030]3)将所得前驱体在85°C水浴条件下进行烘干，研磨后在空气条件下450°C煅烧1h就是最终得到黄色多孔CoV2O6纳米片电极负极材料。
[0031 ] 以本实施例产物多孔CoV2O6纳米片材料为例，其结构由X射线衍射仪确定。附图I所示X射线衍射图谱(XRD)表明，多孔CoV2O6与卡片号为01-077-1174的CoV 206标准样品基本吻合，样品为单斜结构，空间群为C2。
[0032]附图2所示SEM图像和附图3所示TEM图像表明我们所制备的CoV2O6为多孔纳米片结构，纳米片形貌均一，尺寸为4-10 μ m，孔径大小为10-50nm。
[0033]本实施例所得多孔CoV2O6纳米片材料作为锂离子电池负极活性材料的应用如下:负极片的制备过程采用多孔CoV2O6纳米片作为活性材料，乙炔黑作为导电剂，1.5wt%海藻酸钠水溶液作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、海藻酸钠的质量比为70:20:10 ;将活性物质与乙炔黑按比例充分混合后，加入相应量的海藻酸钠水溶液，研磨均匀，将所得混合溶液涂于约10 μπι厚的铜箔上。将涂布后的电极片置于80°C的烘箱干燥24h后取出，将其制成直径为14 μπι的电极片备用。以IM的LiPF6溶解于乙烯碳酸酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)中作为电解液，锂片为负极，Celgard2325为隔膜，CR2016型不锈钢为电池外壳组装成扣式锂离子电池。锂离子电池的制备方法其余步骤与通常的制备方法相同。
[0034]附图3中所示，透射电镜(TEM)及选区电子衍射(SAED)测试表明该纳米线具有单晶结构。附图4为多孔CoV2O6纳