CN108475768B - 作为锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带及其制备方法 - Google Patents
作为锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108475768B CN108475768B CN201580085684.2A CN201580085684A CN108475768B CN 108475768 B CN108475768 B CN 108475768B CN 201580085684 A CN201580085684 A CN 201580085684A CN 108475768 B CN108475768 B CN 108475768B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sno
- glucose
- hybrid
- nanobelt
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 239000010405 anode material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 claims abstract description 42
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910014573 C—SnO2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims abstract description 15
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L tin(II) chloride (anhydrous) Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Sn+2] AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- SPFMQWBKVUQXJV-BTVCFUMJSA-N (2r,3s,4r,5r)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;hydrate Chemical compound O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O SPFMQWBKVUQXJV-BTVCFUMJSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 abstract 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 13
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 11
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 10
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 8
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 7
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 4
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical group 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000006138 lithiation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002088 nanocapsule Substances 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002429 nitrogen sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910002483 Cu Ka Inorganic materials 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- 229910004786 P-Li Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004796 P—Li Inorganic materials 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000006713 insertion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体公布一种用于锂离子电池阳极材料的V2O5‑C‑SnO2杂化纳米带及其制备方法，所述杂化纳米带为超分散的SnO2纳米晶体通过无定形碳连接在V2O5表面上。所述制备方法是通过葡萄糖连接，将SnO2负载到V2O5超薄纳米带上。本发明的V2O5‑碳‑SnO2杂化纳米带阳极材料显示出高度稳定的循环性。本发明利用简单的两步水热法用于制备超薄V2O5‑碳‑SnO2杂化纳米带，通过引入作为特殊的连接剂和碳化剂的葡萄糖，克服了SnO2和V2O5之间相互作用差的难题。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种作为锂离子电池高性能阳极材料的V2O5-C-SnO2(即V2O5-碳-SnO2)杂化纳米带。
背景技术
作为最重要的能量存储装置之一，由于锂离子电池(LIB)的诸多优点，如高能量密度、环境友好和轻的重量，近几年来已经对其进行了深入研究。尽管石墨是用于商业LIB的主要阳极材料，但是其相对低的理论容量(372mA hg-1)大大地阻碍了具有高能量密度的LIB的发展。当用作锂离子电池中的阳极时，过渡金属氧化物由于高的理论容量和丰富的原料来源已经比商业石墨引起了更多的关注。为了用作LIB的阴极或阳极，纳米结构的活性材料在电化学循环时具有短的锂离子扩散距离、易应变弛豫，且与电极接触时非常大的表面和容积比，这可提高LIB的容量和循环寿命。
然而，在普通电池中，由于高的表面能，纳米材料经常自聚集，这降低了活性材料、导电剂和电解液的有效接触面积。如何保持所述的有效接触面积并充分利用纳米活性材料的优势仍是一个挑战并具有重要意义。
V2O5由于其高的比容量、天然丰度和相对低成本是用于锂阳极应用深入研究的材料。此外，V2O5还是用于高能量阳极的理想材料。如果可将V5+还原为V0，则它呈现出1472mAhg-1的高的理论容量，在所有金属氧化物中最高的容量。然而，对于V2O5阳极有限的数据可用，其中潜在的高容量不能在稳定的循环性能下实现。例如，Liu等人报道了双层壳的V2O5-SnO2纳米胶囊，其在250mA g-1下50次循环后显示600mAh g-1的可逆容量。对氧化钒气凝胶最近的研究显示在118mA g-1的速率下仅30次循环1000mAh g-1的高容量。此外，结构劣化，差的电化学动力学和低的电子导电性已经严重阻碍了它们进一步的发展。例如，Sun等人通过原子层沉积法将石墨烯涂覆到无定形V2O5上以增强电子导电性和电化学活性。
SnO2由于其丰度、安全的锂化电势和高的理论容量(782mAh g-1)是最深入研究的阳极材料之一。然而，SnO2通常由于其在Li-合金化/去合金化过程中大的体积膨胀(高达250％)和团聚，导致电极粉碎和快速的容量衰减。缓解策略之一是建立SnO2与能够缓冲过度的体积变化的其他材料的异质结构。由于在锂化/去锂化过程中低的体积变化，已经提议V2O5作为有前景的候选者通过形成纳米胶囊、纳米片、核壳纳米线用于SnO2的机械支撑。
受以前研究的启发，我们开发了一种通过葡萄糖连接将SnO2涂覆到V2O5纳米带上的简单的策略以实现高功率密度和高能量密度LIB。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种作为用于锂离子电池的高性能阳极的V2O5-C-SnO2(即V2O5-碳-SnO2)杂化纳米带。本发明提供的杂化纳米带用作锂离子电池(LIB)的阳极材料时，显示比碳-V2O5杂化纳米带高得多的可逆容量和结构稳定性。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带，超分散的SnO2纳米晶体通过无定形碳紧紧地连接在V2O5表面上。本发明的杂化纳米带中，纳米结构的V2O5不仅充当支持基质还充当活性电极组分，当用作锂离子电池(LIB)的阳极材料时，显示比碳-V2O5杂化纳米带高得多的可逆容量和结构稳定性。优异的VCSN的循环性能可归因于SnO2和V2O5的协同效应。
作为优选，所述SnO2纳米晶体的直径小于10nm。进一步优选为3-6nm。
优选地，所述杂化纳米带的晶格周期为0.33±0.02nm。
作为优选，所述杂化纳米带的厚度为5～20nm，例如为8nm、13nm、18nm等，进一步优选为7～15nm。本发明的杂化纳米带的超薄特征可提高电子转移并缩短锂扩散路径，导致提高的功率密度。
优选地，所述SnO2、V2O5、C三者的质量比为0.015-0.045:0.065-0.2:0.08-0.25。例如为0.015-0.04:0.07-0.2:0.1-0.2、0.02-0.03:0.07-0.15:0.15-0.25、0.03-0.04:0.15-0.2:0.08-0.15等。选择此范围的比例，杂化纳米带的分散性好，用作电极材料最理想。超出此范围，可导致电学性能的逐渐衰减，且纳米带结构也开始分解断裂。
本发明的目的之一还在于提供一种用于锂离子电池的V2O5-C-SnO2杂化纳米带的制备方法，所述方法通过葡萄糖连接将SnO2负载到V2O5纳米带上。
作为优选，所述方法先将SnCl2溶解在V2O5纳米带的溶液中以培养晶种；然后，所述晶种借助于葡萄糖吸附到V2O5纳米带的表面上。
作为优选，所述方法包括如下步骤：
(1)将SnCl2溶解在V2O5纳米带的溶液中，然后加入葡萄糖水溶液；
(2)出现悬浮物后，将所得混合物密封加热；
(3)冷却后收集黑色产物；然后洗涤，干燥。
葡萄糖在具有理想形态的杂化纳米带的形成中起着重要作用。在不存在葡萄糖的反应导致了不规则和破碎纳米带。当将葡萄糖替换为普通的纳米材料合成添加剂如聚乙二醇2000(PEG2000)时，所得纳米带表现为具有10nm至500nm长度的小的和团聚的块。因此，引进葡萄糖不仅使SnO2晶种固定在V2O5纳米带上，这使得能够进行的超分散SnO2纳米晶体的原位生长，而且还通过用作有效的物理支撑，使V2O5纳米带具有形态完整性。
其中，所述V2O5纳米带可使用现有技术中的方法进行制备。例如使用改进的Zhu的方法(具体详见：J.X.Zhu,L.J.Cao,Y.S.Wu,Y.J.Gong,Z.Liu,H.E.Hoster,Y.H.Zhang,S.T.Zhang,S.B.Yang,Q.Y.Yan,P.M.Ajayan and R.Vajtai,Nano Lett.2013,13,5408.)从V2O5粉末合成。简略地，混合V2O5粉末，H2O2和去离子水直至得到澄清溶液，然后将该混合物放置在反应器中并在150-250℃下保持15小时以上以形成V2O5纳米带。通过分离收集所得的砖红色絮凝物并用无水乙醇洗涤。最后，将所得的V2O5纳米带分散在去离子水中以备后用。
作为优选，SnCl2、V2O5、葡萄糖三者的质量比为0.01-0.06:0.05-0.208:0.2-0.8。例如为0.01-0.05:0.1-0.208:0.4-0.8、0.02-0.06:0.05-0.108:0.2-0.5、0.03-0.05:0.15-0.208:0.3-0.6等。选择此范围的比例，合成得到的最后产物分散性好，纳米带均匀完整，不受破坏，用作电极材料最理想。超出此范围，可导致电学性能的逐渐衰减，且纳米带结构也开始分解断裂。
作为优选，步骤(1)中所述V2O5纳米带的溶液中V2O5的质量浓度为5-20mg/mL，例如为8mg/mL、13mg/mL、16mg/mL、19mg/mL等，优选为10-15mg/mL，更优选为12mg/mL。
优选地，步骤(1)中所述葡萄糖水溶液中葡萄糖的浓度为0.02-0.10mol/L，例如为0.03mol/L、0.07mol/L、0.095mol/L等，优选为0.04-0.06mol/L，更优选为0.05mol/L。
优选地，步骤(1)中加入葡萄糖水溶液在搅拌下加入。
作为优选，步骤(2)中所述加热的温度为170-200℃，例如为170℃、175℃、189℃、195℃等，优选为170-180℃，更优选为170℃；加热的时间为4h以上，例如为4.5h、5.5h、6.0h、8.5h、10h、15h等，优选为5-12h，更优选为8h。
优选地，步骤(3)中所述冷却为冷却至室温。
优选地，步骤(3)中所述收集通过离心分离进行。
优选地，所述离心分离的转速为4,000-8000rpm，优选6000rpm；离心的时间为3min以上，优选为4-6min，更优选为5min。
优选地，步骤(3)中所述洗涤依次使用蒸馏水和无水乙醇进行以去除离子和可能的残留物，优选进行2次以上，更优选进行3-6次，特别优选4次。
优选地，步骤(3)中所述干燥在真空下进行。
优选地，步骤(3)中所述干燥的温度为50-100℃，例如为55℃、70℃、85℃、92℃、98℃等，优选为60-90℃，更优选为80℃；干燥的时间为3h以上，例如为3.6h、4.5h、5.5h、6.0h、8.5h、10h、15h等，优选为6-12h，更优选为8h。
作为优选，所述方法包括如下步骤：
(1)将SnCl2溶解在5-20mg/mL的V2O5纳米带的溶液中，然后加入浓度为0.02-0.10mol/L的葡萄糖水溶液；SnCl2、V2O5、葡萄糖三者的质量比为：0.01-0.06:0.05-0.208:0.2-0.8；
(2)出现棕色悬浮物后，将所得混合物转移至高压锅中，在170-200℃下加热4h以上；
(3)冷却至室温后离心分离收集黑色产物；然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次，在真空下在50-100℃下干燥3h以上。
本发明提供一种简单的两步水热法用于制备具有超薄V2O5-C-SnO2杂化纳米带(表示为VCSN)。通过引入作为优异的连接剂和碳酸剂的葡萄糖克服了SnO2和V2O5之间差的相互作用。所得的VCSN显示出高度稳定的循环性，在200mA g-1的电流密度下100次循环后具有800mA h g-1的高度可逆容量。这些杂化纳米带改进的循环稳定性和倍率性能可归因于它们独特的结构设计和SnO2与V2O5之间的协同效果。此外，VCSN的超薄特征可提高电子转移并缩短锂扩散路径，导致提高的功率密度。
本发明的超薄V2O5-碳-SnO2杂化纳米带可通过具有高收率的基于溶液的方法制备。这些纳米带提供具有稳定结构的短锂离子路径和高的电子和离子传导性。该性能通过使用葡萄糖作为碳酸剂用于单分散SnO2纳米晶体在V2O5纳米带表面上的形成以及延缓结构破碎的连接剂来实现。作为LIB的阳极材料，这些杂化纳米带表现出极高的可逆容量，优异的循环性能，以及良好的倍率性能。本发明的多组分金属氧化物的控制生长的策略可激发出新的方式来制作纳米结构，用于在应用中如太阳能光转换、能量储存和水分解等具有提高的性能的功能性纳米复合材料的合理设计。
附图说明
图1中(A)为分散在水中的超薄V2O5纳米带的TEM图像；(B)为纯V2O5纳米带的XRD图谱；
图2为制备VCSN的葡萄糖诱导的转化路径；
图3中(A)为VCSN的TEM图像，(B)、(C)为VCSN的HRTEM图像，(D)为使用水热法在170℃下保持8小时合成的V2O5基纳米复合材料的XRD图像；
图4为外加不同量的SnCl2合成的样品的TEM图像；其中，(A)10mg，(B)60mg，(C)80mg，(D)100mg；
图5中(A)为在0.2mVs-1的扫描速率下VCSN在0.01-3.0V的循环伏安曲线；(B)为充放电曲线，(C)为在200mAg-1下VCSN基电极的循环性能，(D)为在不同的电流密度下VCSN的倍率性能；
图6中(A)、(B)为在200mAg-1下完全放电后VCSN基电极不同放大倍数的TEM图像；
图7为在不存在葡萄糖下合成的VCSN的低放大率TEM图像；
图8为VCSN的EDX光谱；
图9为VCSN和V2O5/SnO2样品的氮吸附/解吸等温线；
图10为不用葡萄糖(A)和用PEG2000(B)合成的V2O5/SnO2纳米复合材料的TEM图像；
图11为在200mAg-1的电流密度下，V2O5/SnO2纳米复合材料的充电和放电容量对循环数；
图12的(A)为充放电电压分布，(B)为在0.01-3.0V的电压范围内，在电流密度200mAg-1，循环次数100次的条件下测试碳-V2O5核-壳纳米带的循环性能；
图13为由VCSN和V2O5/SnO2复合材料组成的电极的阻抗图；
图14为VCSN的完全放电((A)和(B))和完全充电((C)和(D))的XPS光谱。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中所有的化学品都是分析级的并不经进一步纯化使用。
实施例1
超薄V2O5纳米带的合成
首先，超薄V2O5纳米带使用改进的Zhu的方法从V2O5粉末合成。混合0.36g的V2O5粉末，5mL的30％H2O2，和30mL的去离子水直至得到澄清溶液，然后将35mL的该混合物放置在100mL Teflon高压锅中并在190℃下保持20小时以形成V2O5纳米带。通过离心分离(8,000rpm持续5min)收集所得的砖红色絮凝物并用无水乙醇洗涤三次。最后，将所得的V2O5纳米带分散在70mL的去离子水中以备后用。
V2O5-C-SnO2杂化纳米带(VCSN)的合成
VCSN通过简单的水热作用制备。在典型的合成中，将0.04g SnCl2·2H2O溶解在30mL的V2O5纳米带的溶液中，然后在搅拌下加入40mL的0.05mol/L的葡萄糖水溶液。30分钟后，出现棕色悬浮，将其转移至100mL有内衬的Teflon高压锅中，在烘箱中在170℃下密封加热8小时，然后自然冷却至室温。通过离心分离(6,000rpm持续5min)收集所得的黑色产物，然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次以去除离子和可能的残留物，最后，在真空下在80℃下干燥6小时。
对比例1
V2O5/SnO2杂化物的合成
V2O5/SnO2杂化物制备过程与上面VCSN合成的过程相似，除了没有将葡萄糖引入最终反应溶液中。
材料表征
使用具有Ni滤过的Cu Kα辐射
的Bruker D8高级X射线衍射仪在40kV电压和25mA电流下进行X射线衍射(XRD)图。通过具有200kV的加速电压的JEOL-2010显微镜捕获透射电子显微镜图像(TEM)、高分辨率透射电子显微镜图像(HRTEM)、和能量色散X射线光谱(EDS)分析。使用Micromeritics ASAP 2020系统在77K下利用Barrett-Emmett-Teller(BET)计算表面积进行氮吸附测量。在Autosorb 6B上在液氮温度下进行氮吸附测量。
电化学表征
在2032扣式电池中进行电化学试验。工作电极由80wt％的活性材料，10wt％的导电炭黑(Super-P-Li)，和10wt％的聚合物粘合剂(聚偏二氟乙烯，PVDF)构成。电解液是碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合物(体积比1:1)中的1M LiPF6。锂箔用作对电极，其通过玻璃纤维与工作电极分开。在具有低于1.0ppm的湿度和氧浓度的手套式操作箱中进行电池装配。在NEWARE电池检测器上进行充放电试验。对于阳极性能测量，电池在不同电流密度下在0.01-3.0V的电压窗口中充电/放电。在CH仪器型号600C电化学工作站上在0.2mVs-1的扫描速率下进行循环伏安图(CV)测量。对于工作电极在具有5mV交流扰动的100kHz至0.01Hz的频率范围中进行电化学阻抗谱(EIS)测量。使用表示阻抗的虚拟部分(Z′)和真实部分(Z″)的Nyquist图分析EIS数据。
图1中(A)为实施例1中制备的分散在水中的超薄V2O5纳米带的TEM图像；(B)为纯V2O5纳米带的XRD图谱；图1中的(A)TEM图像显示新制备的V2O5纳米带基底具有50-80nm的宽度和高达几十微米的长度，具有柔韧、光滑、薄和几乎透明的特征。图2为制备VCSN的葡萄糖诱导的转化路径。图3中(A)为实施例1中制备的VCSN的TEM图像，(B)、(C)为VCSN的HRTEM图像，(D)为使用水热法在170℃下保持8小时合成的V2O5基纳米复合材料的XRD图像；如(C)中显示的碳覆盖层的厚度为约2nm。图4为外加不同量的SnCl2合成的样品的TEM图像；其中，(A)10mg，(B)60mg，(C)80mg，(D)100mg。图5中(A)为在0.2mVs-1的扫描速率下实施例1中制备的VCSN在0.01-3.0V的循环伏安曲线；(B)为充放电曲线，(C)为在200mAg-1下VCSN基电极的循环性能，(D)为在不同的电流密度下VCSN的倍率性能。图6中(A)、(B)为在200mAg-1下完全放电后VCSN实施例1中制备的基电极不同放大倍数的TEM图像。
通过水热法合成的超薄V2O5纳米带用作起始模板材料。透射电子显微镜(TEM)研究显示这些V2O5纳米带高度均匀，具有4nm的厚度和800nm至几个微米的长度，这意味着>200(图1的(A))的大的长宽比。由于高的均匀性和相对大的长宽比，V2O5纳米带可用作优异的模板以通过简单的葡萄糖辅助的水热法支撑SnO2纳米晶体的生长。如从图1的(B)中的X射线衍射(XRD)图中观察到的，XRD图显示可归为正交晶V2O5(JCPDS No.40-1296)的强的峰。为了使纳米晶体生长，首先将SnCl2溶解在V2O5纳米带的溶液中以培养晶种。然后，这些晶种借助于葡萄糖吸附到V2O5纳米带的表面上，这由于SnO2和V2O5对–OH基团的亲和性而发生(图2)。
图3的(A)显示制备的VCSN的TEM图像。杂化纳米带长度为几微米和宽度为50～80nm。如图7中示出的杂化纳米带的集合形态学显示优异的均匀性和分散性。在这些杂化纳米带上进行典型的高分辨率TEM(HRTEM)分析(图3的(B)和(C))，其清楚地显示在V2O5表面上SnO2纳米晶体的稠密的生长。固定的SnO2纳米晶体的直径小于5nm。在图3的(B)中清楚地观察到0.33nm的晶格周期，对应于四角形SnO2的(110)晶体平面的中间翼间距。在图3的(C)中在纳米带的边缘上记载的放大TEM图像表明纳米带的整个表面覆盖有厚度约2nm的连续无定形碳层。杂化纳米带的X射线衍射(XRD)图谱(图2的(D))显示所有的XRD峰可很好地索引为四角形的SnO2相(JCPDS No.41-1445)和正交晶V2O5相(JCPDS No.40-1296)。同等的，VCSN的XRD峰比合成的V2O5纳米带模板的(图1的(B))相对地更宽和更弱。且一些峰并入背景中。这可归因于如由上面TEM研究确定的复合材料中V2O5和SnO2纳米晶体的更小的尺寸(图3的(B))。能量色散X射线光谱(EDS)图谱(图8)显示杂化纳米带由Sn、V、C和O组成，这与上面的TEM和XRD测量一致，V和Sn的重量比为10；EDS分析证实，存在对应于Sn和O元素的代表性峰和Sn/O原子比为约30:66。使用N2吸附等温线研究制备的杂化纳米带的表面积。如在图9中示出的，发现杂化纳米带具有132.9m2/g的Barrett-Emmett-Teller(BET)表面积，这比V2O5/SnO2样品的(28.3m2/g)大约4.7倍。
结果发现，葡萄糖在具有理想形态的VCSN(图7)的形成中起着重要作用。在不存在葡萄糖的反应导致了不规则和破碎纳米带(图10中的(A))。当将葡萄糖替换为普通的纳米材料合成添加剂如聚乙二醇2000(PEG2000)时，所得纳米带表现为具有10nm至500nm长度的小的和缠结的块(图10中的(B))。因此，引进葡萄糖不仅使SnO2晶种固定在V2O5纳米带上，这使得能够进行的超分散SnO2纳米晶体的原位生长，而且还通过用作有效的物理支撑，使V2O5纳米带具有形态完整性。
此外，SnCl2的初始量显著影响杂化纳米带的最终形态。图4显示使用当其它条件保持不变时外加不同量的SnCl2制备的产物的TEM图像。当SnCl2的量小于60mg时，可以以高产率得到具有理想形态的杂化纳米带(图4的(A)和(B))。当SnCl2的量大于60mg时(图4的(C)和(D))，形成具有10-50nm孔径的杂化纳米带，有时甚至破裂。这些高孔隙度杂化纳米带的形成可以归因于V2O5纳米带通过选择性阳离子交换与过量的Sn2+阳离子反应的事实。对于通过阳离子交换反应水热制备的纳米多孔CdxZn1-xS纳米片也报道了类似的现象。
我们随后研究了这些VCSN作为LIB的阳极材料的电化学性能。图5的(A)示出了在0.2mVs-1的扫描速率下在0.01-3.0V的电压窗口中第一个5个连续循环的循环伏安图(CV)。图5的(B)示出Li/V2O5-碳-SnO2电池的充放电曲线。在200mAg-1的电流密度下，第一放电和充电容量分别是2075和1205mAh g-1。在初始循环过程中，出现大的不可逆容量和初始库仑效率为58％，这可归因于在VCSN电极表面上固体电解质界面(SEI)层的形成。
由于与锂插入/析出相关联的不同的氧化还原反应，可在第一个充放电曲线(图5的(A)，(B))中观察到多个电压平台。虽然理论上SnO2具有782mAhg-1的高容量，但是这些VCSN的容量大多数来自于V2O5，因为只有10wt％的复合材料是SnO2。如果假定当该复合材料放电至0V，V2O5可被还原成金属V，则Li插入反应的理论容量为1472mAhg-1，这可以解释这种纳米复合材料作为阳极材料高的可逆容量。
图5的(C)示出该阳极复合材料在200mAg-1的电流密度下循环100次的循环性能。50次循环后，杂化纳米带仍显示930mAhg-1的高可逆容量，且从第十次循环容量保持率高达84.5％。100次循环后，纳米复合材料保持800mAhg-1的可逆容量，这表明VCSN的出色的循环稳定性。作为比较，在图11和12中提供没有碳层的V2O5/SnO2复合材料和碳-V2O5核壳纳米带的循环性能。在相同的试验条件下，这两个样品表现出其容量快得多的衰减，并且在200mAg-1下50次循环后保持仅约518mAhg-1(对于V2O5/SnO2复合材料)和411mAhg-1(碳-V2O5核壳纳米带)的容量。发现VCSN比V2O5/SnO2复合材料表现出低得多的电阻，如由在电化学阻抗谱(EIS)图(图13)中在高频区半圆的直径显著减小证明的。较低的接触和电荷转移阻抗有利于Li+扩散和电子转移，这导致VCSN大大提高的电化学性能。
为了评估倍率性能，VCSN在100至800mAg-1的不同电流密度下在0.01-3.0V(图5的(D))的电压窗口循环。随着电流密度增加VCSN只经历了容量的小幅下降。例如，在800mAg-1的高电流密度下，VCSN仍然可实现约620mAhg-1的可逆容量。值得注意的是，超过60次循环后当电流率降低回200mAg-1时，VCSN仍保持约1005mAhg-1的可逆容量，这表明VCSN优异的倍率性能。我们通过XPS光谱还研究了来自完全充电和放电的V和Sn的价态。如图14中的(A)和(B)中所示，XPS光谱在完全放电中没有明显的V和Sn峰。然而，在完全充电中，Sn 3d5/2在487.7eV中心的结合能归属于Sn4+。同样，出现了位于516.9和525eV的结合能处的V5+2p3/2和2p1/2频带的特性的附属物，可以清楚地知道，在我们的阳极材料中形成了V2O5和SnO2(图14中的(C)和(D))。
实施例2-3
超薄V2O5纳米带的合成
混合0.26g的V2O5粉末，5mL的30％H2O2，和30mL的去离子水直至得到澄清溶液，然后将35mL的该混合物放置在100mL Teflon高压锅中并在190℃下保持15小时以形成V2O5纳米带。通过离心分离(8,000rpm持续5min)收集所得的砖红色絮凝物并用无水乙醇洗涤三次。最后，将所得的V2O5纳米带分散在140mL的去离子水中以备后用。
实施例2中V2O5-C-SnO2杂化纳米带(VCSN)的合成
将0.015g SnCl2·2H2O溶解在30mL的V2O5纳米带的溶液中，然后在搅拌下加入40mL的0.003mol/L的葡萄糖水溶液。30分钟后，出现棕色悬浮，将其转移至100mL有内衬的Teflon高压锅中，在烘箱中在180℃下密封加热10小时，然后自然冷却至室温。通过离心分离(8,000rpm持续3min)收集所得的黑色产物，然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次以去除离子和可能的残留物，最后，在真空下在50℃下干燥10小时。
实施例3中V2O5-C-SnO2杂化纳米带(VCSN)的合成
将0.06g SnCl2·2H2O溶解在30mL的V2O5纳米带的溶液中，然后在搅拌下加入40mL的0.1mol/L的葡萄糖水溶液。30分钟后，出现棕色悬浮，将其转移至100mL有内衬的Teflon高压锅中，在烘箱中在200℃下密封加热4小时，然后自然冷却至室温。通过离心分离(4,000rpm持续8min)收集所得的黑色产物，然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次以去除离子和可能的残留物，最后，在真空下在100℃下干燥3小时。
实施例4-5
超薄V2O5纳米带的合成
混合0.85g的V2O5粉末，5mL的30％H2O2，和30mL的去离子水直至得到澄清溶液，然后将35mL的该混合物放置在100mL Teflon高压锅中并在150℃下保持30小时以形成V2O5纳米带。通过离心分离(8,000rpm持续5min)收集所得的砖红色絮凝物并用无水乙醇洗涤三次。最后，将所得的V2O5纳米带分散在140mL的去离子水中以备后用。
实施例4中V2O5-C-SnO2杂化纳米带(VCSN)的合成
将0.02g SnCl2·2H2O溶解在30mL的V2O5纳米带的溶液中，然后在搅拌下加入40mL的0.03mol/L的葡萄糖水溶液。30分钟后，出现棕色悬浮，将其转移至100mL有内衬的Teflon高压锅中，在烘箱中在190℃下密封加热5小时，然后自然冷却至室温。通过离心分离(6,000rpm持续5min)收集所得的黑色产物，然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次以去除离子和可能的残留物，最后，在真空下在70℃下干燥12小时。
实施例5中V2O5-C-SnO2杂化纳米带(VCSN)的合成
将0.05g SnCl2·2H2O溶解在30mL的V2O5纳米带的溶液中，然后在搅拌下加入40mL的0.08mol/L的葡萄糖水溶液。30分钟后，出现棕色悬浮，将其转移至100mL有内衬的Teflon高压锅中，在烘箱中在170℃下密封加热12小时，然后自然冷却至室温。通过离心分离(6,000rpm持续5min)收集所得的黑色产物，然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次以去除离子和可能的残留物，最后，在真空下在90℃下干燥5小时。
上述实施例2-5制备的V2O5-C-SnO2杂化纳米带具有与实施例1制备的V2O5-C-SnO2杂化纳米类似的形貌和结构，以及相当的电化学性能。
本发明的杂化纳米带改进的循环稳定性和倍率性能可归因于在本发明中所提到的纳米结构组合物独特的设计。首先，超薄纳米带亚基对于有效的Li+离子扩散具有短的距离且对于穿过界面的高的Li+离子流具有大的电极-电解液接触面积，从而导致提高的倍率性能。其次，已经报道使用纯V2O5纳米材料或其纳米复合材料的阳极的形态和结构趋向于塌陷，因为Li+离子频繁的插入/释放过程导致循环稳定性严重下降。然而，在本文情况下，软碳层充当优异的物理支撑，其中超薄纳米带亚基紧紧连接或嵌入。这有效地抵消了V2O5基纳米复合材料形态和结构的破碎。因此，这些VCSN的容量保持与许多其他V2O5基纳米结构相比显著提高。此外，Sn纳米颗粒(当纳米复合材料用作阳极时在SnO2的还原过程中产生的)被嵌入在V2O5基质中并形成超细金属氧化物电极(图6)。用这种方法制成的电极材料可具有一些突出的优点，如对于循环体积变化良好的耐受性，和高的电子和离子传导性。
总之，超薄V2O5-碳-SnO2杂化纳米带通过具有高收率的基于溶液的方法制备。这些纳米结构提供具有稳定结构的短锂离子路径和高的电子和离子传导性。该结果通过使用葡萄糖作为碳酸剂用于单分散SnO2纳米晶体在V2O5纳米带表面上的形成以及延缓结构破碎的连接剂来实现。作为LIB的阳极材料，这些杂化纳米带表现出极高的可逆容量，优异的循环性能，以及良好的倍率性能。我们的多组分金属氧化物的控制生长的策略可激发出新的方式来制作纳米结构，用于在应用中如太阳能光转换、能量储存和水分解等具有提高的性能的功能性纳米复合材料的合理设计。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种用于锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带，其特征在于，超分散的SnO2纳米晶体通过无定形碳连接在V2O5表面上，V2O5充当支持基质与活性电极组分，所述无定形碳通过将SnO2负载到V2O5纳米带上的葡萄糖连接经过密封加热的方式得到。
2.根据权利要求1所述的杂化纳米带，其特征在于，所述SnO2纳米晶体的直径小于10nm；
所述杂化纳米带的晶格周期为0.33±0.02nm。
3.根据权利要求1或2所述的杂化纳米带，其特征在于，所述杂化纳米带的厚度为5～20nm；
所述SnO2、V2O5、C三者的质量比为：0.015-0.045:0.065-0.2:0.08-0.25。
4.一种用于锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带的制备方法，其特征在于，通过葡萄糖连接，并使用密封加热的方式，将超分散的SnO2纳米晶体负载到V2O5纳米带上，V2O5充当支持基质与活性电极组分。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，先将SnCl2溶解在V2O5纳米带的溶液中以培养晶种；然后，所述晶种借助于葡萄糖吸附到V2O5纳米带的表面上。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将SnCl2溶解在V2O5纳米带的溶液中，然后加入葡萄糖水溶液；
(2)出现絮状悬浮物后，将所得混合物密封加热；
(3)冷却后收集黑色产物；然后洗涤，干燥。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，SnCl2、V2O5、葡萄糖三者的质量比为0.01-0.06:0.05-0.208:0.2-0.8。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述V2O5纳米带的溶液中V2O5的质量浓度为5-20mg/mL；
所述葡萄糖水溶液中葡萄糖的浓度为0.02-0.10mol/L；
加入葡萄糖水溶液在搅拌下加入。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述加热的温度为170-200℃；加热的时间为4h以上；
步骤(3)中所述冷却为冷却至室温；
所述收集通过离心分离进行；
所述离心分离的转速为4,000-8000rpm；离心的时间为3min以上；
所述洗涤依次使用蒸馏水和无水乙醇进行；
所述干燥在真空下进行；
所述干燥的温度为50-100℃；干燥的时间为3h以上。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将SnCl2溶解在5-20mg/mL的V2O5纳米带的溶液中，然后加入浓度为0.02-0.10mol/L的葡萄糖水溶液；SnCl2、V2O5、葡萄糖三者的质量比为：0.01-0.06:0.05-0.208:0.2-0.8；
(2)出现棕色悬浮物后，将所得混合物转移至高压锅中，在170-200℃下加热4h以上；
(3)冷却至室温后离心分离收集黑色产物；然后依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤至少四次，在真空下在50-100℃下干燥3h以上。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2015/099581 WO2017113125A1 (zh) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | 作为锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108475768A CN108475768A (zh) | 2018-08-31 |
| CN108475768B true CN108475768B (zh) | 2021-04-30 |
Family
ID=59224202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201580085684.2A Active CN108475768B (zh) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | 作为锂离子电池阳极材料的V2O5-C-SnO2杂化纳米带及其制备方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108475768B (zh) |
| WO (1) | WO2017113125A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109616616B (zh) * | 2019-01-07 | 2021-09-24 | 湘潭大学 | 氧化钒纳米带/泡沫镍复合自支撑电极材料的制备方法 |
| CN113184898B (zh) * | 2021-05-07 | 2022-10-28 | 河南大学 | 一种二氧化锡-碳核壳纳米球复合材料、其制备方法及应用 |
| CN113555542B (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 河南电池研究院有限公司 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102646817A (zh) * | 2011-02-16 | 2012-08-22 | 中国科学院金属研究所 | 锂离子电池用石墨烯/金属氧化物复合负极材料及制备 |
| CN104659367A (zh) * | 2015-03-17 | 2015-05-27 | 东莞市迈科科技有限公司 | 一种锂离子电池负极材料的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101497435B (zh) * | 2008-02-03 | 2011-01-26 | 中国科学院化学研究所 | 金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用 |
| CN105047952A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-11-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有金属氧化物/碳的核鞘结构的树枝状纳米线催化剂载体及担载催化剂的制备方法 |
-
2015
- 2015-12-29 CN CN201580085684.2A patent/CN108475768B/zh active Active
- 2015-12-29 WO PCT/CN2015/099581 patent/WO2017113125A1/zh active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102646817A (zh) * | 2011-02-16 | 2012-08-22 | 中国科学院金属研究所 | 锂离子电池用石墨烯/金属氧化物复合负极材料及制备 |
| CN104659367A (zh) * | 2015-03-17 | 2015-05-27 | 东莞市迈科科技有限公司 | 一种锂离子电池负极材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Porous V2O5-SnO2/CNTs composites as high performance;QiGuo;《Journal of Energy Chemistry》;20130331;第22卷(第2期);第348-350页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108475768A (zh) | 2018-08-31 |
| WO2017113125A1 (zh) | 2017-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Mesoporous CoSe2 nanoclusters threaded with nitrogen-doped carbon nanotubes for high-performance sodium-ion battery anodes | |
| Li et al. | Preparation of promising anode materials with Sn-MOF as precursors for superior lithium and sodium storage | |
| Chu et al. | NiO nanocrystals encapsulated into a nitrogen-doped porous carbon matrix as highly stable Li-ion battery anodes | |
| Yang et al. | MOF-derived carbon-encapsulated cobalt sulfides orostachys-like micro/nano-structures as advanced anode material for lithium ion batteries | |
| Shaji et al. | Electrochemical performance of porous CaFe2O4 as a promising anode material for lithium-ion batteries | |
| Zhang et al. | Porous ZnMn2O4 nanowires as an advanced anode material for lithium ion battery | |
| Luo et al. | Agaric-assisted synthesis of core-shell MnO@ C microcubes as super-high-volumetric-capacity anode for lithium-ion batteries | |
| Chen et al. | Metal-organic frameworks derived nanocomposites of mixed-valent MnOx nanoparticles in-situ grown on ultrathin carbon sheets for high-performance supercapacitors and lithium-ion batteries | |
| Yuan et al. | Free-standing SnS/carbonized cellulose film as durable anode for lithium-ion batteries | |
| Fang et al. | Nitrogen-doped carbon encapsulated zinc vanadate polyhedron engineered from a metal–organic framework as a stable anode for alkali ion batteries | |
| Kang et al. | Bimetallic coordination polymer composites: A new choice of electrode materials for lithium ion batteries | |
| Li et al. | Carbon-coated Si/N-doped porous carbon nanofibre derived from metal–organic frameworks for Li-ion battery anodes | |
| Jiang et al. | A novel CoO hierarchical morphologies on carbon nanofiber for improved reversibility as binder-free anodes in lithium/sodium ion batteries | |
| Gou et al. | Hierarchical structured porous N-doped carbon coating MnO microspheres with enhanced electrochemical performances as anode materials for lithium-ion batteries | |
| Wang et al. | A bio-inspired nanofibrous Co3O4/TiO2/carbon composite as high-performance anodic material for lithium-ion batteries | |
| Liu et al. | SnO2 nano-spheres/graphene hybrid for high-performance lithium ion battery anodes | |
| Cai et al. | Reduced graphene oxide uniformly anchored with ultrafine CoMn2O4 nanoparticles as advance anode materials for lithium and sodium storage | |
| Sun et al. | Co/CoO@ NC nanocomposites as high-performance anodes for lithium-ion batteries | |
| Gu et al. | Fabrication of hollow SnO2/ZnS@ C nanocubes as anode materials for advanced lithium-ion battery | |
| Liu et al. | 3D nanoflower-like MoS2 grown on wheat straw cellulose carbon for lithium-ion battery anode material | |
| Tong et al. | High-index faceted nickel ferrite nanocrystals encapsulated by graphene with high performance for lithium-ion batteries | |
| Huang et al. | Bimetal-organic-framework derived CoTiO3 mesoporous micro-prisms anode for superior stable power sodium ion batteries | |
| Yu et al. | Rice husk lignin-based porous carbon and ZnO composite as an anode for high-performance lithium-ion batteries | |
| Yang et al. | Nano SnO2 loaded on N-doped carbon nanorods derived from metal-complex covalent organic frameworks for anode in lithium ion batteries | |
| Wei et al. | Improved electrochemical performance of NTs-WS2@ C nanocomposites for lithium-ion and sodium-ion batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |