[发明专利]一种多晶纳米带自组装三维中空VS4

说明书

一种多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球及其制备方法与应用，通过简单的一步水热法制备多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球，并且整个反应过程无模板剂辅助。当将上述产物应用于锂/钠离子电池负极材料时，能够表现出优异的电化学性能，并且在充放电过程中表现出了较小的粉化现象。该粉体是由直径为0.5～2μm的微米球组成，微米球具有纳米带以缠绕方式自组装的三维中空结构，纳米带的直径约为50～100nm且为多晶结构，(110)晶面的晶面间距能够达到0.581nm。按本发明的制备方法制成的多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球应用在锂/钠离子电池领域，其独特的结构特性，能够使其展现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种VS₄纳米粉体及其制备方法与应用，具体涉及一种多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球及其制备方法与应用。

背景技术

锂/钠离子电池在大尺度能量存储系统应用中，具有低成本和高效率等优点，已经被广泛应用于各种电子设备和电动工具中[Pan H,Hu Y-S,Chen L. Room-temperaturestationary sodium-ion batteries for large-scale electric energy storage.EnergyEnvironmental Science.2013；6:2338-60.]。随着应用的不断深入，人们对锂/ 钠离子电池的性能提出了更高的要求。作为锂/钠离子电池中一个非常重要的部分，负极材料的低性能限制了它们的进一步应用。为了找到性能更优的负极材料，研究者进行了大量的探索。在已经报道的负极材料中，研究者们普遍认为具有高理论容量的矿物VS₄是一种非常有潜力的候选者，并且对它的纳米结构进行调控能够进一步改善其电化学性能。然而，目前报道的纯相VS₄表现出了较差的电化学性能，并且存在着易粉化的问题，这大大限制了它的应用。同时，目前报道的VS₄大都展现出了纳米棒分散结构和自组装实心结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球及其制备方法与应用，即通过简单的一步水热法制备多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球，并且整个反应过程无模板剂辅助。当将上述产物应用于锂/钠离子电池负极材料时，能够表现出优异的电化学性能，并且在充放电过程中表现出了较小的粉化现象。

为达到上述目的，本发明的制备方法如下：

步骤一：取0.9～1.1g偏钒酸钠和3.5～3.7g硫代乙酰胺同时加入到58～62ml去离子水中磁力搅拌或超声分散得到半澄清溶液A；

步骤二：配置2.8～3.2mol/L的氢氧化钠溶液B，将溶液B加入到溶液A中使其 pH达到10.1～10.3，得到溶液C；

步骤三：将溶液C倒入反应内衬中后密封，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中，然后在5～10r/min的转速条件下，于95～105℃下反应17.5～18.5h；

步骤四：水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，然后将反应后冷却的产物取出，经过水、醇交替清洗后收集产物；

步骤五：将收集的产物置于冷冻干燥机的冷井中进行冷冻，然后将冷冻后的产物置于托盘中，盖上密封罩，抽真空到10～20Pa，干燥12～18h后收集产物，即得多晶纳米带自组装三维中空VS₄微球。

所述步骤1)磁力搅拌或超声分散在室温下进行，磁力搅拌的转速为 400～600r/min。

所述步骤2)中氢氧化钠溶液的溶剂为去离子水，且氢氧化钠溶液B是在连续磁力搅拌的条件下，逐滴加入到溶液A中，即加入1滴氢氧化钠溶液后，搅拌直至溶液pH达到稳定，以此不断重复，直至溶液pH被调节至10.1～10.3。