[发明专利]一种具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料及其制备方法和应用，属于电化学技术领域。本发明提供的具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料包括碳布载体和负载于所述碳布载体上的铁钒氧纳米片，其中铁钒氧纳米片紧密堆积在碳布载体的每一根碳纤维上，与碳布载体形成柔性三维导电网络，具有良好的导电性能；同时，纳米级的铁钒氧纳米片与三维碳布网络形成了有序分级结构，具有较高的比表面积，作为镁离子电池正极活性材料时能够增加与电解液的接触面积，减少自团聚现象。另外，铁钒氧纳米片为单斜相，具有稳定的晶体结构，避免了因晶体结构不稳定导致的电极材料容量和循环稳定性差的缺点。

技术领域

本发明涉及纳米材料与电化学技术领域，特别涉及一种具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

相比于锂离子电池，镁离子电池拥有众多的优势。在电池循环中，锂金属负极通常会产生一维锂枝晶并且刺破电池隔膜导致电池短路，相反，在镁离子电池中，镁离子会在负极表面呈二维沉积过程且不会产生一维的枝晶从而避免了电池短路的可能。另外，镁金属相比于锂金属具有储量大、价格低廉、相对比容量大等优势。因此，镁离子电池有着很大的潜力成为下一代高性能的储能系统之一。然而，在镁离子电池中，二价镁离子不能在大多数传统的正极材料中稳定的可逆嵌入脱出。因此，开发高性能的新型镁离子电池正极材料是迫切需要的。

钒氧化物由于其高的理论容量、低成本以及可多变的元素价态，是镁离子电池正极材料的合适备选材料之一。然而，大量嵌镁时，其不稳定的晶体结构和差的导电性也导致了材料的结构破坏和容量的大幅衰减，这大大限制了钒氧化物的进一步发展。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的铁钒氧纳米片/碳布复合材料具有稳定的晶体结构和优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料，包括碳布载体和负载于所述碳布载体上的铁钒氧纳米片；

所述铁钒氧纳米片的直径为800～1500nm，厚度≤10nm。

本发明提供了上述具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳布与偏钒酸铵水溶液混合，得到预混合液；

(2)将铁源水溶液加入到所述预混合液中，进行水浴反应，得到具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料。

优选的，所述步骤(1)中偏钒酸铵水溶液的摩尔浓度为0.02～0.11mol/L。

优选的，所述步骤(1)中偏钒酸铵的物质的量与碳布的质量比为1mmol:(1.25～10)mg。

优选的，所述步骤(2)中的铁源为硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种。

优选的，所述铁源水溶液的摩尔浓度为0.1～0.21mmol/L。

优选的，所述步骤(2)中铁源与预混合液中偏钒酸铵的摩尔比为1:3～8。

优选的，所述铁源水溶液的加入速率为0.1～0.3mL/s。

优选的，所述水浴反应的温度为90～100℃，时间为1～2h。

本发明提供了上述具有柔性三维分级网络结构的铁钒氧纳米片/碳布复合材料在镁离子电池正极活性材料中的应用。