一种磷酸氧钒纳米片的制备方法及其应用

本技术涉及一种磷酸氧钒纳米片的制备方法及其应用，属于材料制备领域。

背景技术：

1、锂金属负极以其极高的理论比容量(3860mah g-1)和极低的电化学势(-3.04v vs.标准氢电极)使之成为下一代高能量密度锂电池的首选负极材料。随着电动汽车等大型电子设备的发展，进一步提升锂离子电池的能量密度和功率密度成为当务之急。然而目前广泛采用的正极材料主要是锂的过渡金属氧化物，实际容量一般为140～170mah g-1，且在大电流充放电时容量衰减很快，是限制电池容量密度和功率密度的主要因素。对电极材料进行革新，采用具有独特电化学性质的材料取代传统材料，进一步提升电池的容量或电压是提升能量密度的重要途径之一。

2、针对上述问题，亟需开发具有多电子反应性质的材料作为正极材料，实现多个锂离子的嵌入脱出，从而实现更高的比容量，继而提升能量密度。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种有序介孔磷酸氧钒纳米片材料，此有序介孔磷酸氧钒纳米片材料中的有序介孔的存在有效的提升了锂离子传输速率，从而实现高比容量以及高倍率性能，改善了多电子反应的循环可逆性与稳定性。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种磷酸氧钒纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3、a)将磷酸盐阴离子表面活性剂溶于乙醇和水的混合溶液，得到溶液i；

4、b)将含钒离子的化合物与所述溶液i混合搅拌，将搅拌后的产物置于密闭容器中反应、离心、冷冻、干燥、退火处理，得到有序介孔的磷酸氧钒纳米片；

5、所述钒离子的价态选自二价、三价、四价、五价中的至少一种。

6、可选地，所述含钒离子的化合物选自偏钒酸铵、草酸氧钒、硫酸氧钒、二氯氧钒、硝酸钒酰中的至少一种。

7、可选地，所述磷酸盐阴离子表面活性剂选自十四烷基磷酸、十八烷基磷酸、十二烷基磷酸、十二烷基双次甲基磷酸中的至少一种。

8、可选地，所述含钒离子的化合物中钒离子的浓度为1～100mg/ml。

9、可选地，所述含钒离子的化合物中钒离子的浓度为1mg/ml、10mg/ml、25mg/ml、50mg/ml、75mg/ml、100mg/ml中的任意值或两值之间的范围值。

10、可选地，所述溶液i中磷酸盐阴离子表面活性剂的浓度为0.5～100mg/ml。

11、可选地，所述溶液i中磷酸盐阴离子表面活性剂的浓度为0.5mg/ml、1mg/ml、10mg/ml、25mg/ml、50mg/ml、75mg/ml、100mg/ml中的任意值或两值之间的范围值。

12、可选地，所述溶液i中乙醇和水的质量比为1:0.2～5。

13、可选地，所述溶液i中乙醇和水的质量比为1:0.2、1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5中的任意比值或两比值之间的范围值。

14、可选地，所述磷酸盐阴离子表面活性剂与所述含钒离子的化合物的摩尔比为1：1。

15、可选地，所述搅拌的方式为：在磁力搅拌下，搅拌0.5～8h。

16、可选地，所述反应的条件为：温度120～220℃，时间2～48h；

17、可选地，所述反应的温度为120℃、140℃、180℃、220℃、220℃中的任意值或两值之间的范围值。

18、可选地，所述反应的时间为2h、10h、24h、36h、48h中的任意值或两值之间的范围值。

19、可选地，所述离心的转速为100～1000r/min，所述离心的时间为1～10min。

20、可选地，所述离心的转速为100r/min、300r/min、500r/min、700r/min、1000r/min中的任意值或两值之间的范围值。

21、可选地，所述离心的时间为1min、3min、5min、7min、10min中的任意值或两值之间的范围值。

22、可选地，所述冷冻的条件为：温度-45～-10，时间1min～3h。

23、可选地，所述冷冻的温度为-45℃、-35℃、-25℃、-10℃中的任意值或两值之间的范围值。

24、可选地，所述冷冻的时间为1min、1h、2h、3h中的任意值或两值之间的范围值。

25、可选地，所述干燥的条件为：温度40～80℃，时间24～72h。

26、可选地，所述干燥的温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃中的任意值或两值之间的范围值。

27、可选地，所述干燥的时间为24h、48h、72h中的任意值或两值之间的范围值。

28、可选地，所述干燥的方式为冷冻干燥、室温干燥、真空干燥、加热干燥、超临界干燥中的任意一种，其中干燥介质为水或乙醇。

29、可选地，所述退火处理的条件为：温度200～450℃，时间0.5～5h，升温速率为1～10℃/min。

30、可选地，所述退火的温度为200℃、250℃、300℃、400℃、450℃中的任意值或两值之间的范围值。

31、可选地，所述退火处理的时间为0.5h、1h、2.5h、3.5h、4.5h、5h中的任意值或两值之间的范围值。

32、根据本技术的另一方面，提供了一种磷酸氧钒纳米片，所述磷酸氧钒纳米片根据上述制备方法得到，所述磷酸氧钒纳米片具有有序介孔。

33、可选地，所述磷酸氧钒纳米片为无定型磷酸氧钒和/或晶型磷酸氧钒，所述磷酸氧钒纳米片包括片状和/或带状。

34、根据本技术的再一个方面，提供了一种磷酸氧钒纳米片在高能量高密度高功率密度的锂离子电池正极极片中的应用，其中高能量密度的范围是100～400wh kg-1，高功率密度的范围是1～10wh kg-1。

35、可选地，所述锂离子电池正极极片的制备方法，包括以下步骤：

36、a)将含有磷酸氧钒纳米片、导电剂、粘接剂、溶剂i的混合物经研磨得到均匀浆料；

37、b)将步骤a)制备的均匀浆料涂覆在正极片上，预烘干后真空烘干，得到所述锂离子电池正积极片。

38、可选地，所述磷酸氧钒纳米片、导电剂、粘接剂、溶剂i的质量比为1：(0.1～0.2)：(0.1～0.2)：(0.1～0.4)；

39、所述导电剂选自乙炔黑、科琴黑、碳纳米管中的至少一种；

40、所述粘接剂选自羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种；

41、所述溶剂i选自水和/或n-甲基吡咯烷酮。

42、可选地，所述正极片选自铝箔或涂炭铝箔。

43、可选地，所述涂覆的厚度为50～1000μm。

44、可选地，所述预烘干的温度为40～80℃，预烘干的时间为1～10h。

45、可选地，所述真空烘干的温度为100～120℃，真空烘干的时间为10～24h。

46、本技术能产生的有益效果包括：

47、1)本技术所提供的磷酸氧钒纳米片的制备方法，采用离子吸附的方式，基于有序介孔结构的磷酸氧钒构建超快锂离子传输结构，增加了活性位点，缩短了电子-离子传输距离，具有优异的电化学性能。

48、2)本技术所提供的磷酸氧钒纳米片的制备方法，成本低，操作简单，有利于工业化。

49、3)本技术所提供的锂离子电池正极极片，具有优异的倍率性能，电池质量高，性能好，应用范围广泛。