纳米带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，具体涉及钠离子预嵌入型此〇3纳米带材 料结构及其制备方法，该纳米带可作为锂离子电池正极活性材料。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池作为一种新型高能电化学电源，具有安全可靠、对环境污染小、质量 轻、比容量高等优点，已经成为笔记本电脑、数码相机、移动电话等高附加值电子产品的首 选电源。锂离子电池的发展对于有效缓解环境污染问题、保障国家能源安全以及满足人们 不断增长的生活需求有着非常深远的意义。
[0003] M〇03，具有典型的层状结构，可适于锂离子的嵌入和脱出，其作为锂离子电池的正 极材料，具有高容量、低成本、资源丰富、无毒等优点，从而受到了广泛关注。但是M〇03电导 率较低，在循环过程中结构容易遭到破坏，因此在循环过程中容量衰减较快，从而限制了其 发展和应用。所以我们在层间预嵌入钠离子，这样可以避免循环初期容量的衰减，使此〇 3的 电化学性能得到改善。
【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供一种钠离子预嵌入型 M〇03纳米带及其制备方法，其制备工艺简单、符合绿色化学的要求，所得的钠离子预嵌入型 皿〇0 3纳米带具有优良的电化学性能，可作为锂离子电池正极活性材料。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：钠离子预嵌入型m〇o3纳米带的制 备方法，包括有以下步骤：
[0006] 1)在去离子水中加入0. 36g]?〇03纳米带、0. 3gPEG4000和lmmolNaCl，搅拌；
[0007] 2)将步骤1)所得溶液移入反应釜中，进行水热反应，然后取出冷却至室温；
[0008] 3)将步骤2)所得的产物离心分离后，用去离子水与乙醇反复洗绦，最后置于烘箱 中烘干，即得到钠离子预嵌入型此0 3纳米带。
[0009] 按上述方案，所述的M〇03纳米带的制备方法是：
[0010] a)在H202中缓慢加入钼粉，再加入适量去离子水，搅拌，得到橙色酸溶液，然后置 于水浴锅内水浴；
[0011] b)将步骤a)所得的溶液移入反应釜中，进行水热反应，然后取出冷却至室温；
[0012] c)将步骤b)所得的产物离心分离，洗绦，然后置于烘箱中烘干即得到M〇03纳米 带。
[0013] 按上述方案，步骤a)水浴温度为70-80 °C，水浴时间4_6h。
[0014] 按上述方案，步骤b)所述的水热反应温度为160-180°C，反应时间为4-6h。
[0015] 按上述方案，步骤2)所述的水热反应温度为160-180°C，反应时间为2-3d。
[0016] 上述任意制备方法所得的钠离子预嵌入型M〇03纳米带，所述的M〇03纳米带宽度为 180-200nm，长度为5-10微米。
[0017] 述的钠离子预嵌入型M〇03纳米带结构材料作为锂离子电池正极活性材料的应用。
[0018] 由于M〇03纳米带的晶体结构在充放电过程中会造成破坏，因此在充放电之前，对 材料进行了预钠化，使钠离子提前嵌入到M〇03纳米带的晶格中间，这样可以有效的防止充 放电过程中对结构进行的破坏，因为当钠离子嵌入到晶格层间时，层间间距会被撑大，因此 可以便于锂离子在充放电过程中进行嵌入脱出。
[0019] 本发明的有益效果是：采用在层间预嵌入钠离子，这样避免了循环初期容量的大 幅衰减，使此〇 3的电化学性能得到改善，不仅提高了材料电导率，而且还有效地改善电极材 料的循环稳定性，使其成为锂离子电池的潜在应用材料，符合绿色化学的要求，利于市场化 推广。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例1钠离子预嵌入型M〇03纳米带与纯MoO3纳米带的XRD对比 图；
[0021] 图2是本发明实施例1钠离子预嵌入型此03纳米带的SEM图；
[0022] 图3从左到右依次是本发明实施例1钠离子预嵌入型此03纳米带的TEM图、HRTEM 图和SAED图；
[0023] 图4是本发明实施例1的钠离子预嵌入型M〇03纳米带与纯MoO3纳米带的CV对比 图；
[0024] 图5是本发明实施例1的钠离子预嵌入型M〇03纳米带与纯MoO3纳米带的EIS对 比图；
[0025] 图6是本发明实施例1的钠离子预嵌入型M〇03纳米带与纯MoO3纳米带在不同电 流密度下的循环性能图；
[0026] 图7是本发明实施例1的钠离子预嵌入型M〇03纳米带与纯MoO3纳米带在500mA 电流密度下的循环性能图。
【具体实施方式】
[0027] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0028] 实施例1 :
[0029] 钠离子预嵌入型M〇03纳米带的制备方法，包括有以下步骤：
[0030] 1)在40ml30%H202中缓慢加入4g钼粉，再加入适量去离子水，搅拌，得到橙色酸 溶液，然后置于70°C水浴锅内水浴4h;
[0031] 2)将步骤1)所得的溶液移入100ml反应釜中，放入180°C烘箱里进行水热6h，然 后取出冷却至室温；
[0032] 3)将步骤2)所得的产物离心分离，用去离子水与乙醇反复洗涤，然后置于70°C烘 箱中烘干即得到此03纳米带；
[0033] 4)在适量去离子水中加入0. 36g步骤3)所得产物、0. 3gPEG4000和lmmolNaCl， 搅拌2h;
[0034] 5)将步骤4)所得溶液移入100ml反应釜中，放入180°C烘箱里进行水热2d，然后 取出冷却至室温；
[0035] 6)将步骤5)所得的产物离心分离后，用去离子水与乙醇反复洗涤，最后置于70°C 烘箱中烘干，即得到钠离子预嵌入型M〇03纳米带样品。
[0036] 以本发明的产物钠离子预嵌入型M〇03纳米带为例，其结构由X-射线衍射仪和扫 描电子显微镜确定。如图1所示，X-射线衍射图谱（XRD)表明产物的相为M〇03，产物的衍 射峰均与JCPDF卡片No. 89-5108 (a= 3.9620A,b= 13.8550A,c= 3.7010A)对照一致。
[0037] 如图2所示，扫描电镜（SEM)图片表明，所得产物纳米带宽度接近200nm，长度为 5-10微米，其形貌尺寸均一。
[0038] 如图3所示，对其进行透射电镜分析，从TEM图可以看出，纳米带表面光滑平整，选 区电子衍射（SAED)图谱显示有明显缺陷，表明结构中存在钠离子。
[0039] 如图4所示，对其在电压范围区间1.5-4V，扫速为0.lmVs_1下的循环伏安图，如图 中所示，没有嵌入钠离子的M〇03纳米带在循环时有一个不可逆的峰，而其他嵌入了不同含 量的此0 3纳米带则没有明显的不可逆峰的出现，因此可以看出加入了适当的钠离子后，可 以有效的阻止不可逆的容量。
[0040] 如图5所示，同时测试了四种不同样品的交流阻抗谱，从交流阻抗谱中可以看出， 嵌入钠离子后样品的阻抗要远远小于为嵌入钠离子的此〇 3纳米带。
[0041 ] 如图6所示，为四种不同样品在不同的电流密度下的倍率性能图，随着电流密度 从100、500、1000、1500、2000、2500到3000mAg<时，可以看出预钠化的M〇03纳米带的容量 要高于M〇03纳米带。因此可以从侧面证明进行的预钠化可以有效的提高电化学容量。
[0042] 如图7所示，为四种不同样品在500mAgH电流密度下的循环性能图，从图中可以看 出，经过了预嵌入后，容量提高了很多，在前期会有一部分的容量上升，是由于钠离子脱出 时候造成的多余的能量所导致的，当嵌入的钠离子完全被带出了以后，其会有一定的衰减， 而后稳定下来，但是，通过预嵌入后的M〇0