[发明专利]一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用

说明书

一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用，涉及复合纳米材料技术领域。制备方法包括以下步骤：(a)五氧化二钒水分散液的制备；(b)氧化石墨烯分散液的制备；(c)抽滤液的配制；(d)制备五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜前驱体；(e)制备五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜。本发明所要解决的技术问题是现有制备工艺复杂，五氧化二钒与石墨烯复合膜均一性差，难以适用于柔性储能器件的问题。采用将五氧化二钒分散液和氧化石墨烯分散液混合的方式，通过易于控制和操作的减压抽滤方法构筑柔性的五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜，并应用于柔性电容器器件中，解决了传统工艺制备的材料难以用于柔性储能器件的问题。

技术领域

本发明涉及复合纳米材料技术领域，尤其涉及一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用。

背景技术

五氧化二钒(V₂O₅)是一种常见的功能性过渡金属氧化物，包括用于超级电容器、催化剂、搪瓷和磁性材料等等。近几年，因其在电化学方面的杰出性能，五氧化二钒越来越多的被用作超级电容器材料，包括高速充放电性能、可测电压范围广、良好的循环耐久性、优良的电化学可逆性、高度的稳定性且廉价和易制备等优点。五氧化二钒的电容性主要取决于电荷存储过程，这通常发生在几纳米的表面上。因此，人们高度期望能获得一种基于五氧化二钒的材料，并有着高表面积和良好的导电性，以提高它在电容器方面的性能。国内发明专利(104058598A)涉及一种二氧化钒基多功能复合薄膜制备方法，所述复合薄膜为单层结构，包含二氧化钒和具有光催化性能的其它氧化物，将二氧化钒纳米粉体分散在能产生所述其它氧化物的氧化物溶胶中，得到复合溶胶；将制备的复合溶胶成膜得到复合前驱体膜；然后对所得的前驱体膜进行热处理得到所述二氧化钒基多功能复合薄膜。

氧化石墨烯(GO)是一种典型的层状二维结构材料，层状表面有大量的羧基、羟基、环氧化物等含氧的官能团，这些官能团赋予氧化石墨烯许多特性，如良好的分散性、亲水性、与一些聚合物的兼容性、机械强度较高及比表面积大等优点可使其复合材料的强度和吸附能力也随着增强。近些年来，以氧化石墨烯为载体的复合材料已有很多的文献报道。随着氧化石墨烯功能化方法的发展，不同功能的含氧基团赋予氧化石墨烯更多潜在的优势，这将使得以氧化石墨烯为载体的复合材料具有更为广阔的发展空间。还原后的石墨烯基于其良好的导热性、高机械强度、高透射系数以及较高的载流子迁移率和超大的比表面积等，在电子器件、气体传感器、信息存储、储氢材料和高性能材料等领域具有广阔的应用前景。

目前，基于氧化钒纳米材料的薄膜的制备方法主要有旋涂法、刮涂法、提拉法等。国内发明专利(102419212A)本发明公开了一种氧化钒复合薄膜及其制备方法，该薄膜为氧化钒－富勒烯－碳纳米管三元复合薄膜，即由二维的氧化钒与零维的富勒烯以及一维的碳纳米管三种成分相复合而成。采用这种氧化钒－富勒烯－碳纳米管三元复合薄膜作为太赫兹探测器或红外探测器的热敏电阻材料及光吸收材料，能够提高器件的综合性能。国内发明专利(104009215B)发明涉及一种二氧化钒-石墨烯复合物及其用作锂离子电池正极材料的用途，该复合物由二氧化钒-石墨烯复合带或片组成，该复合物用作锂离子电池正极材料时，充放电平台为2.5V，比容量在1C和200C、1100次反复充放电后分别高于400mAh/g和200mAh/g。

现有技术和方法制备工艺复杂，一般需要研磨、涂覆等工序，得到膜的均匀性难以保证，氧化钒和石墨烯的接触不够均匀，充放电容量、循环性能和稳定性难以提高，难以满足大规模应用需求。传统的混合方法难以做成柔性的膜材料，制约了柔性储能器件的发展。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有制备工艺复杂，五氧化二钒与石墨烯复合膜均一性差，难以适用于柔性储能器件的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种五氧化二钒/石墨烯复合膜的制备方法，包括以下步骤：