CN105870426A - 一种用于储能器件电极的v2o5纳米线纸及制备方法 - Google Patents

一种用于储能器件电极的v2o5纳米线纸及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸及制备方法，包括纯V2O5纳米线纸或复合V2O5纳米线纸制备二种方法，通过一步水热法制备出了超长的氧化钒纳米线，再经过分散后抽滤或热蒸发成膜，所述超长一维纳米线可很好地自组装成宏观的二维纸质结构。所述纯V2O5纳米线纸可以直接裁成小圆片充当扣式电池的电极材料，无需使用粘接剂集流体；另一种方法是采用两步还原法使氧化石墨烯原位地还原在以氧化钒纳米线为骨架的结构上，形成复合V2O5纳米线纸，无需添加粘接剂即可直接裁成小圆片用于扣式电池的电极材料，复合V2O5纳米线纸容量超过理论容量且循环性能非常好，石墨烯复合进V2O5，不仅大大改善了V2O5的电子电导，同时对V2O5的结构稳定性也有很大巩固作用。

Description

一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸及制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸及制备方法，具体涉及一种储能器件（锂离子电池、钠离子电池、全固态锂离子电池、超级电容器等）电极材料的制备方法，属于固体电池电极材料及其制备技术领域。
背景技术
锂离子电池因为它的高能量密度和长循环寿命已广泛应用于新能源汽车、混合动力汽车、各种便携式用电设备中。而成本更低廉的钠离子电池、铝离子电池也开始崭露头角；超级电容器是介于电解电容器和电池之间的一种新型储能器件，它具有优于传统电池的高功率密度和更好的循环寿命；相比于传统电池依赖于液态电解液而导致的安全性能差等问题，全固态锂离子电池具有更高的安全性能、更大的能量密度以及更广的工作区间温度。因此全固态电池的应用领域越来越广泛。然而，现有锂离子电池等储能器件的电极材料大都是粉末状，将其制备成电极材料需要添加导电剂、粘接剂、集流体等添加剂，这些添加剂在一定程度上阻碍了电极材料的整体电化学储能性能，特别是它限制了电极材料能量密度、循环寿命的提升。因此，设计一种无粘接剂或具少量粘接剂的具备自支撑性能的新型储能电极，是一个提高能量密度和循环寿命很好方案。现有文献报道的纳米材料自支撑结构，如发明专利《超长单晶V2O5纳米线/ 石墨烯正极材料及制备方法》（201110107696.4）所公开技术方案等，均是基于二维大尺度的石墨烯片作为骨架，再复合上一些其他活性物质制成，其中电极内部所包含的V2O5有效成份≤50%，虽然石墨烯在复合材料里仅有利于改善电极材料的电子电导，特别是像过渡金属氧化物它们的存储离子的理论容量很高，但电子电导和结构性较差，复合上石墨烯虽改善了相应性能，但以石墨烯为衬底的自支撑材料没有很高的体积比容量。研究表明，V2O5材料可以很好地对离子进行嵌入与脱出，具有较大的表面积和短的扩散路径，可以提供更多的电化学活性位点和减弱电极材料的浓度极化，理论容量大、结构稳定、易制备、成本廉价。纳米尺度的V2O5可以提高锂离子的扩散系数，但V2O5作为过渡金属氧化物，有它先天的不足：即电子电导差、倍率性能和循环性能不好，其改进方法是：(1)采用纳米级氧化钒，诸如纳米线、纳米棒、纳米片、微米球等；(2)将纳米级氧化钒和导电性很好的碳纳米管或石墨烯等材料复合。同样的，该二种方法制得的材料做电极片，也是按设定比为：活性物质:导电剂:粘接≈8:1:1 比例制作。另一方面，即便是将粉末状V2O5和少量的石墨烯复合，也无法制作成宏观的膜结构电极材料。与之相反的，若采用V2O5活性物质纳米线为骨架，或者是直接制备超长的V2O5纳米线，并将该纳米线自组装成宏观的二维纸质结构，再将该种二维纸质结构直接裁成小圆片，充当扣式电池的电极材料，不使用粘接剂集流体，无疑是一种非常好的电极材料。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术提出的问题，设计一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸及制备方法，是通过一步水热法制备出了超长的氧化钒纳米线，再经过分散后抽滤或热蒸发成膜，所述超长尺度的一维纳米线可以很好地自组装成宏观的二维纸质结构。这种纳米纸可以直接裁成小圆片充当扣式电池的电极材料，无需使用粘接剂集流体，经过初步的锂电电化学测试，这种纯氧化钒纳米线的容量和循环寿命比部分已报道的文献中的电化学性能还好；或者是采用两步还原法使氧化石墨烯原位地还原在以氧化钒纳米线为骨架的结构上，形成纳米线—石墨烯层层结构，这个复合材料也无需添加粘接剂，集流体可直接裁成小圆片用于扣式电池的电极材料，经过初步的电化学测试，这种复合材料的容量已超过理论容量且循环性能非常好，石墨烯复合进氧化钒，不仅大大改善了氧化钒的电子电导，同时对氧化钒的结构稳定性也有很大巩固作用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸，其特征在于：所述V2O5纳米线纸是纯V2O5纳米线纸，包括：纯V2O5一维超长纳米线自组装成的宏观二维纸质结构的纯V2O5纳米线纸；所述纯V2O5纳米线纸厚度为8～30μm，纯V2O5纳米线纸中的纯V2O5纳米线长度为： 0.001～10 mm之间；所述V2O5纳米线纸裁成设定尺寸的小圆片即直接用于扣式电池的电极材料。
如上所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸，其特征在于：所述V2O5纳米线纸或者是还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后制备的复合V2O5纳米线纸，包括：纯V2O5一维超长纳米线自组装成的宏观二维纸质结构以及，原位地还原在所述纯V2O5纳米线骨架上的氧化石墨烯；所述氧化石墨烯的质量不大于所述复合V2O5纳米线纸总质量的15%。
如上所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，包括：纯V2O5纳米线纸制备方法和复合V2O5纳米线纸制备方法；其特征在于：各制备方法的工艺步骤分别为：
一、纯V2O5纳米线纸制备方法
步骤1： 制备超长V2O5纳米线
1.1 称取0.008mol（1.456g）V2O5粉末，超声分散在120ml的去离子水中；
1.2 往步骤1.1制备的溶液中缓慢加入20ml双氧水（H2O2）(30wt.%)，混合溶液变为棕红色并伴有大量气泡；
1.3 将将步骤1.2制备的混合溶液磁力搅拌30min后，转移至200ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.4 将反应釜放置恒温烘箱中230℃保温12h；
1.5 将步骤1.4处理后的水热产物分别用高纯水和酒精先后各清洗三次，再放置100℃真空干燥4h；
1.6 将步骤1.5处理后的样品在空气中400℃下焙烧3h，即制成超长V2O5纳米线；
步骤2：制备纯V2O5纳米线纸
2.1 称取按步骤1制备的超长V2O5纳米线300mg，置于250ml的三口烧瓶中；
2.2 向所述三口烧瓶中加入250ml的高纯水，再放入一个长5cm的大磁子；
2.3 在磁力搅拌器作用下，以1500～2500rpm速度，搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在溶液中；
2.4 将步骤2.3所述V2O5纳米线分散液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿热蒸发成膜；即制成宏观纯V2O5纳米线纸；所述宏观纯V2O5纳米线纸直径为4～10cm；
2.5 将步骤2.4所述宏观纯V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料；
二、复合V2O5纳米线纸制备方法
步骤1：制备氧化石墨烯
1.1 称取1g鳞片石墨和6g高锰酸钾；
1.2 量取27ml的浓硫酸和3ml的浓磷酸，置于100ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.3 准备好冰水浴条件，将步骤1.2所述反应釜内胆置于其中，磁力搅拌10min；
1.4 向反应釜内胆中加入鳞片石墨搅拌0.5h，在1h之内缓慢加入高锰酸钾，再搅拌0.5h
1.5 密封步骤1.4所述反应釜，将其置于70℃恒温烘箱中24h，完成石墨烯的氧化；
1.6 按（高纯水:双氧水）=10:1的比例，量取100ml的高纯水及10ml双氧水混合，并将混合液冻成冰块状；
1.7 将步骤1.5氧化后的石墨烯取出倒置在步骤1.6制成的混合液冰块上，简单搅拌使其充分溶解；
1.8 量取40ml浓度为10%的盐酸加入步骤1.7中的混合物内，终止反应；
1.9 将步骤1.8制得的混合物倒入离心管中，以逐步提高转速的方法离心至少离心过滤三次，再倒掉离心出的上清液；
1.10 检测按步骤1.9离心后混合物的PH值，确保PH约为7，并用氯化钡溶液检测混合物，确保混合物中无硫酸根离子，最后合格混合物置于聚四氟蒸发皿中40℃干燥成固体；即完成氧化石墨烯的制备；
步骤2：还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后，制备复合V2O5纳米线纸
2.1 称取步骤1所得的氧化石墨烯（GO）100mg，置于烧杯中加入100ml的高纯水，超声搅拌分散均匀，得到1mg/ml的GO溶液；
2.2 向所述GO溶液中加入100mg的L-抗坏血酸，再超声分散2h，然后静置24h，溶液渐渐变黑，得到维生素C部分还原的氧化石墨烯（VrGO）溶液；
2.3 称取超长V2O5纳米线255mg，置于250ml的三口烧瓶中，加入205ml的高纯水；
2.4 在磁力搅拌器下以1500～2500rpm速度，对步骤2.3所述三口烧瓶中的混合液搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在水溶液中；
2.5 量取45ml的氧化石墨烯（VrGO）溶液，加入步骤2.3所述三口烧瓶中，继续搅拌1h使V2O5纳米线与部分还原氧化石墨烯充分混合；
2.6 量取步骤2.5制备的混合液250ml，以70%的填充比置于反应釜内胆中；
2.7 将反应釜置于160℃的恒温烘箱中4h，完成部分还原氧化石墨烯的进一步还原，且可保存V2O5纳米线的长尺度，进行原位的还原；
2.8 将步骤2.7所述反应釜中的混合液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿中，在60℃环境中36h成膜，即制成复合V2O5纳米线纸，所述复合V2O5纳米线纸的直径为4～10cm、厚度8～30μm；
2.9将步骤2.8所得的复合V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料。
如上所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，其特征在于：所述纯V2O5纳米线纸制备方法中，纯V2O5纳米线纸厚度控制方法是：针对设定浓度的V2O5纳米线水分散液，通过控制所述水分散液的体积量，达到成膜后最终纯V2O5纳米线纸厚度要求。
如上所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，其特征在于：所述复合V2O5纳米线纸制备方法中，复合V2O5纳米线纸的厚度与成膜前所量取混合液的ml量成正比。
本发明的有益效果是：利用本发明所提供方法得到的储能器件电极材料（锂电、钠电、全固态电池、超级电容器），相比于传统的电极材料，具有制备工艺简单、安全性高、可大批量生产，利用本发明制备的电极材料制造的储能器件，具有更高的比容量以及更长的循环寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的纯V2O5纳米线纸光学照片图。
图2为图1中纯V2O5纳米线纸扫描电镜图。
图3为实施例二制备的复合V2O5纳米线纸光学照片图。
图4为图3中复合纳米线纸扫描电镜图。
图5为分别以纯V2O5纳米线纸或复合V2O5纳米线纸为电极材料的锂离子电池比容量对比图。
图6为分别以纯V2O5纳米线纸或复合V2O5纳米线纸为电极材料的锂离子电池循环寿命对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图1、图2分别是纯V2O5纳米线纸光学灰度照片（实际呈金黄色）和扫描电镜图；是纯V2O5一维超长纳米线自组装成的宏观二维纸质结构的纯V2O5纳米线纸；图2中，纳米线长度在：0.001～10mm之间，图1中，纯V2O5纳米线纸的厚度为8～30μm；将图1中纯V2O5纳米线纸裁成直径8～16mm的小圆片，即可直接用于扣式电池的电极材料。
附图3、图4分别是复合V2O5纳米线纸光学灰度照片（实际呈黑色）和扫描电镜图；是还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后，制备的复合V2O5纳米线纸；图4中纳米线长度在：0.001～10mm之间，图3中复合V2O5纳米线纸的厚度为8～30μm；将图3中纯V2O5纳米线纸裁成直径8～16mm的小圆片，即可直接用于扣式电池的电极材料。图3或图4中氧化石墨烯的含量≤15%。
图1或图2所示用于储能器件电极的纯V2O5纳米线纸制备方法如下：
步骤1： 制备超长V2O5纳米线
1.1 称取0.008mol（1.456g）V2O5粉末，超声分散在120ml的去离子水中；
1.2 往步骤1.1制备的溶液中缓慢加入20ml双氧水（H2O2）(30wt.%)，混合溶液变为棕红色并伴有大量气泡；
1.3 将将步骤1.2制备的混合溶液磁力搅拌30min后，转移至200ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.4 将反应釜放置恒温烘箱中230℃保温12h；
1.5 将步骤1.4处理后的水热产物分别用高纯水和酒精先后各清洗三次，再放置100℃真空干燥4h；
1.6 将步骤1.5处理后的样品在空气中400℃下焙烧3h，即制成超长V2O5纳米线；
步骤2：制备纯V2O5纳米线纸
2.1 称取按步骤1制备的超长V2O5纳米线300mg，置于250ml的三口烧瓶中；
2.2 向所述三口烧瓶中加入250ml的高纯水，再放入一个长5cm的大磁子；
2.3 在磁力搅拌器作用下，以1500～2500rpm速度，搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在溶液中；
2.4 将步骤2.3所述V2O5纳米线分散液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿热蒸发成膜；即制成宏观纯V2O5纳米线纸；所述宏观纯V2O5纳米线纸直径为4～10cm；
2.5 将步骤2.4所述宏观纯V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料；
图3或图4所示用于储能器件电极的复合V2O5纳米线纸制备方法如下：
步骤A：制备氧化石墨烯
1.1 称取1g鳞片石墨和6g高锰酸钾；
1.2 量取27ml的浓硫酸和3ml的浓磷酸，置于100ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.3 准备好冰水浴条件，将步骤1.2所述反应釜内胆置于其中，磁力搅拌10min；
1.4 向反应釜内胆中加入鳞片石墨搅拌0.5h，在1h之内缓慢加入高锰酸钾，再搅拌0.5h
1.5 密封步骤1.4所述反应釜，将其置于70℃恒温烘箱中24h，完成石墨烯的氧化；
1.6 按（高纯水:双氧水）=10:1的比例，量取100ml的高纯水及10ml双氧水混合，并将混合液冻成冰块状；
1.7 将步骤1.5氧化后的石墨烯取出倒置在步骤1.6制成的混合液冰块上，简单搅拌使其充分溶解；
1.8 量取40ml浓度为10%的盐酸加入步骤1.7中的混合物内，终止反应；
1.9 将步骤2.8制得的混合物倒入离心管中，以逐步提高转速的方法离心至少离心过滤三次，再倒掉离心出的上清液；
1.10 检测按步骤1.9离心后混合物的PH值，确保PH约为7，并用氯化钡溶液检测混合物，确保混合物中无硫酸根离子，最后合格混合物置于聚四氟蒸发皿中40℃干燥成固体；即完成氧化石墨烯的制备。
步骤B：还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后，制备复合V2O5纳米线纸
2.1 称取步骤A所制得的氧化石墨烯100mg，置于烧杯中加入100ml的高纯水，超声搅拌分散均匀，得到1mg/ml的氧化石墨烯溶液；
2.2 向所述氧化石墨烯溶液中加入100mg的L-抗坏血酸，再超声分散2h，然后静置24h，溶液渐渐变黑，得到维生素C部分还原的氧化石墨烯（VrGO）；
2.3 称取按步骤一制备的超长V2O5纳米线255mg，置于250ml的三口烧瓶中，加入205ml的高纯水；
2.4 在磁力搅拌器下以1500～2500rpm速度，对步骤2.3所述三口烧瓶中的混合液搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在水溶液中；
2.5 量取45ml的氧化石墨烯（VrGO）溶液，加入步骤2.3所述三口烧瓶中，继续搅拌1h使V2O5纳米线与部分还原氧化石墨烯充分混合；
2.6 量取步骤2.5制备的混合液250ml，以70%的填充比置于反应釜内胆中；
2.7 将反应釜置于160℃的恒温烘箱中4h，完成部分还原氧化石墨烯的进一步还原，且可保存V2O5纳米线的长尺度，进行原位的还原；
2.8 将步骤2.7所述反应釜中的混合液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿中，在60℃环境中36h成膜，即制成复合V2O5纳米线纸，所述复合V2O5纳米线纸的直径为4～10cm、厚度8～30μm；复合V2O5纳米线纸的厚度，与成膜前所量取混合液的ml量成正比。
2.9将步骤2.8所得的复合V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料。
参考附图5可知，将本发明实施例中制备的用于储能器件电极的纯V2O5纳米线纸或复合V2O5纳米线纸为电极材料，用于锂离子电池时，该锂离子电池比容量最大值分别为242mAh/g和315mAh/g，均是在电流密度29.4mAh/g下测得。
参考附图6可知，将本发明实施例中制备的用于储能器件电极的纯V2O5纳米线纸或复合V2O5纳米线纸为电极材料，用于锂离子电池时，进行电池的循环寿命测试，由图6可知，复合V2O5纳米线纸在588mAh/g的大电流密度下测试循环寿命经过400圈后还有80%的剩余容量。
本发明一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸用于储能器件电极材料（锂电、钠电、全固态电池、超级电容器），相比于传统的电极材料，具有制备工艺简单、安全性高、可大批量生产，利用本发明制备的电极材料制造的储能器件，具有更高的比容量以及更长的循环寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸，用于扣式电池或其它储能器件的电极材料加工；其特征在于：所述V2O5纳米线纸是纯V2O5纳米线纸，包括：纯V2O5一维超长纳米线自组装成的宏观二维纸质结构的纯V2O5纳米线纸；所述纯V2O5纳米线纸厚度为8～30μm，纯V2O5纳米线纸中的纯V2O5纳米线长度为：0.001～10mm之间；所述V2O5纳米线纸裁成设定尺寸的小圆片即直接用于扣式电池的电极材料。
2.如权利要求1所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸，其特征在于：所述V2O5纳米线纸或者是还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后制备的复合V2O5纳米线纸，包括：纯V2O5一维超长纳米线自组装成的宏观二维纸质结构以及，原位地还原在所述纯V2O5纳米线骨架上的氧化石墨烯；所述氧化石墨烯的质量不大于所述复合V2O5纳米线纸总质量的15％。
3.如权利要求1所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，包括：纯V2O5纳米线纸制备方法；其特征在于：工艺步骤为：
步骤1：制备超长V2O5纳米线
1.1称取0.008mol(1.456g)V2O5粉末，超声分散在120ml的去离子水中；
1.2往步骤1.1制备的溶液中缓慢加入20ml双氧水(H2O2)(30wt.％)，混合溶液变为棕红色并伴有大量气泡；
1.3将将步骤1.2制备的混合溶液磁力搅拌30min后，转移至200ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.4将反应釜放置恒温烘箱中230℃保温12h；
1.5将步骤1.4处理后的水热产物分别用高纯水和酒精先后各清洗三次，再放置100℃真空干燥4h；
1.6将步骤1.5处理后的样品在空气中400℃下焙烧3h，即制成超长V2O5纳米线；
步骤2：制备纯V2O5纳米线纸
2.1称取按步骤1制备的超长V2O5纳米线300mg，置于250ml的三口烧瓶中；
2.2向所述三口烧瓶中加入250ml的高纯水，再放入一个长5cm的大磁子；
2.3在磁力搅拌器作用下，以1500～2500rpm速度，搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在溶液中；
2.4将步骤2.3所述V2O5纳米线分散液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿热蒸发成膜；即制成宏观纯V2O5纳米线纸；所述宏观纯V2O5纳米线纸直径为4～10cm；
2.5将步骤2.4所述宏观纯V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料。
4.如权利要求2所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，包括：复合V2O5纳米线纸制备方法，其特征在于：工艺步骤为：
步骤1：制备氧化石墨烯
1.1称取1g鳞片石墨和6g高锰酸钾；
1.2量取27ml的浓硫酸和3ml的浓磷酸，置于100ml的聚四氟反应釜内胆中；
1.3准备好冰水浴条件，将步骤1.2所述反应釜内胆置于其中，磁力搅拌10min；
1.4向反应釜内胆中加入鳞片石墨搅拌0.5h，在1h之内缓慢加入高锰酸钾，再搅拌0.5h
1.5密封步骤1.4所述反应釜，将其置于70℃恒温烘箱中24h，完成石墨烯的氧化；
1.6按(高纯水:双氧水)＝10:1的比例，量取100ml的高纯水及10ml双氧水混合，并将混合液冻成冰块状；
1.7将步骤1.5氧化后的石墨烯取出倒置在步骤1.6制成的混合液冰块上，简单搅拌使其充分溶解；
1.8量取40ml浓度为10％的盐酸加入步骤1.7中的混合物内，终止反应；
1.9将步骤1.8制得的混合物倒入离心管中，以逐步提高转速的方法离心至少离心过滤三次，再倒掉离心出的上清液；
1.10检测按步骤1.9离心后混合物的PH值，确保PH约为7，并用氯化钡溶液检测混合物，确保混合物中无硫酸根离子，最后合格混合物置于聚四氟蒸发皿中40℃干燥成固体；即完成氧化石墨烯的制备；
步骤2：还原氧化石墨烯与V2O5纳米线复合后，制备复合V2O5纳米线纸
2.1称取步骤1所得的氧化石墨烯100mg，置于烧杯中加入100ml的高纯水，超声搅拌分散均匀，得到1mg/ml的氧化石墨烯溶液；
2.2向所述氧化石墨烯溶液中加入100mg的L-抗坏血酸，再超声分散2h，然后静置24h，溶液渐渐变黑，得到维生素C部分还原的氧化石墨烯(VrGO)溶液；
2.3称取按权利要求3之步骤1制备的超长V2O5纳米线255mg，置于250ml的三口烧瓶中，加入205ml的高纯水；
2.4在磁力搅拌器下以1500～2500rpm速度，对步骤2.3所述三口烧瓶中的混合液搅拌24～48h，确保V2O5纳米线充分分散在水溶液中；
2.5量取45ml的按步骤2.2制备的氧化石墨烯(VrGO)溶液，加入步骤2.3所述三口烧瓶中，继续搅拌1h使V2O5纳米线与部分还原氧化石墨烯充分混合；
2.6量取步骤2.5制备的混合液250ml，以70％的填充比置于反应釜内胆中；
2.7将反应釜置于160℃的恒温烘箱中4h，完成部分还原氧化石墨烯的进一步还原，且可保存V2O5纳米线的长尺度，对VrGO进行原位的还原；
2.8将步骤2.7所述反应釜中的混合液通过真空抽滤成膜，或者是倒入聚四氟蒸发皿中，在60℃环境中36h成膜，即制成复合V2O5纳米线纸，所述复合V2O5纳米线纸的直径为4～10cm、厚度8～30μm；
2.9将步骤2.8所得的复合V2O5纳米线纸通过冲片机裁成8～16mm的小圆片，即成为扣式电池的电极材料。
5.如权利要求3所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，其特征在于：所述纯V2O5纳米线纸制备方法中，纯V2O5纳米线纸厚度控制方法是：针对设定浓度的V2O5纳米线水分散液，通过控制所述水分散液的体积量，达到成膜后最终纯V2O5纳米线纸厚度要求。
6.如权利要求4所述一种用于储能器件电极的V2O5纳米线纸的制备方法，其特征在于：所述复合V2O5纳米线纸制备方法中，复合V2O5纳米线纸的厚度与成膜前所量取混合液的ml量成正比。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784652A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 武汉理工大学 钒氧化物/碳纳米管柔性薄膜及其制备方法和应用
CN106941049A (zh) * 2017-02-15 2017-07-11 上海交通大学 一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用
CN107059050A (zh) * 2017-04-20 2017-08-18 天津工业大学 一维金属氧化物负载钛基电催化膜及制备方法和催化应用
CN108892169A (zh) * 2018-07-02 2018-11-27 武汉理工大学 层状镁离子预嵌入的Mg0.3V2O5·1.1H2O纳米材料及其制备方法和应用
CN109502578A (zh) * 2018-12-05 2019-03-22 中国科学院城市环境研究所 一种氧化钒—石墨烯插层复合材料的制备方法
CN109761277A (zh) * 2019-01-17 2019-05-17 广东工业大学 一种五氧化三钒负极材料、制备方法及其应用
CN110518202A (zh) * 2019-08-05 2019-11-29 三峡大学 一种自支撑的V2O5/rGO纳米阵列钠离子电池材料及其制备方法
CN113224371A (zh) * 2021-04-08 2021-08-06 武汉理工大学 高性能耐热梯度纳米线正级及亲锂性负极复合固态锂电池
CN113506684A (zh) * 2021-08-13 2021-10-15 大连理工大学 一种用于柔性超级电容器的pedot:pss多孔网状膜结构电极材料的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227317A (zh) * 2013-03-26 2013-07-31 武汉理工大学 V2o5量子点/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227317A (zh) * 2013-03-26 2013-07-31 武汉理工大学 V2o5量子点/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CE YAO FOO等: ""Flexible and Highly Scalable V2O5-rGO Electrodes in an Organic Electrolyte for Supercapacitor Devices"", 《ADV.ENERGY MATER》 *
ZHEN LIU等: ""Cut-and-stack nanofiber paper toward fast transient energy storage"", 《INORG.CHEM.FRONT》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784652A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 武汉理工大学 钒氧化物/碳纳米管柔性薄膜及其制备方法和应用
CN106941049A (zh) * 2017-02-15 2017-07-11 上海交通大学 一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用
CN106941049B (zh) * 2017-02-15 2019-01-22 上海交通大学 一种五氧化二钒/氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用
CN107059050A (zh) * 2017-04-20 2017-08-18 天津工业大学 一维金属氧化物负载钛基电催化膜及制备方法和催化应用
CN107059050B (zh) * 2017-04-20 2019-02-15 天津工业大学 一维金属氧化物负载钛基电催化膜及制备方法和催化应用
CN108892169A (zh) * 2018-07-02 2018-11-27 武汉理工大学 层状镁离子预嵌入的Mg0.3V2O5·1.1H2O纳米材料及其制备方法和应用
CN109502578A (zh) * 2018-12-05 2019-03-22 中国科学院城市环境研究所 一种氧化钒—石墨烯插层复合材料的制备方法
CN109761277A (zh) * 2019-01-17 2019-05-17 广东工业大学 一种五氧化三钒负极材料、制备方法及其应用
CN109761277B (zh) * 2019-01-17 2021-08-13 广东工业大学 一种五氧化三钒负极材料、制备方法及其应用
CN110518202A (zh) * 2019-08-05 2019-11-29 三峡大学 一种自支撑的V2O5/rGO纳米阵列钠离子电池材料及其制备方法
CN110518202B (zh) * 2019-08-05 2021-09-21 三峡大学 一种自支撑的V2O5/rGO纳米阵列钠离子电池材料及其制备方法
CN113224371A (zh) * 2021-04-08 2021-08-06 武汉理工大学 高性能耐热梯度纳米线正级及亲锂性负极复合固态锂电池
CN113506684A (zh) * 2021-08-13 2021-10-15 大连理工大学 一种用于柔性超级电容器的pedot:pss多孔网状膜结构电极材料的制备方法

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