层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能

doi:10.7503/cjcu20200609

摘要/Abstract

摘要：

室温下, 在水溶液中将铵根离子和水分子插入到商用V₂O₅纳米颗粒的层间, 制得了层状的钒青铜[(NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O]纳米片. 该纳米片的尺寸为2~10 μm, 厚度为50~250 nm. 与商用V₂O₅纳米颗粒相比, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片用作锂离子电池(LIBs)的阳极材料时, 其性能得到较大提升, 包括大的可逆放电容量 (0.1 A/g时为1148 mA·h/g)、出色的循环性能(循环70圈后在0.1 A/g时具有1002 mA·h/g的高容量)和高倍率性能(在0.1 A/g时具有1070 mA·h/g的可逆性能). 研究结果表明, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片可以作为锂离子电池优良的阳极材料, 也有望应用于其它(如钠离子电池和锌离子电池等)可再充电电池.

关键词: 五氧化二钒, 钒青铜纳米片, 插层, 锂离子电池

Abstract:

Vanadium pentoxide（V₂O₅） nanomaterials have been extensively investigated as promising electrode materials for rechargeable batteries due to its high theoretical specific capacity. Herein， we report the preparation of layered （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O nanosheets by intercalation of commercial V₂O₅ nanoparticles with ammonium ions and water molecules in aqueous solution at room temperature. The as-prepared （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O nanosheets have a size of 2—10 μm and thickness of 50—250 nm. Importantly， when used as an anode mate-rial for Li-ion batteries（LIBs）， the （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O nanosheets exhibit much enhanced performances in comparison with commercial V₂O₅ nanoparticles， including large reversible discharge capacity（1148 mA·h/g at 0.1 A/g）， excellent cycling performance（a high capacity of 1002 mA·h/g at 0.1 A/g after 70 cycles） and high rate capability（reversible capabilities of 1070 mA·h/g at 0.1 A/g）. The results demonstrate that the （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O nanosheets can be used as an excellent anode material for LIBs， which may be also promising for other rechargeable batteries， such as Na-ion batteries and Zn-ion batteries.

Key words: Vanadium pentoxide, （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O Nanosheets, Intercalation, Lithium-ion battery

中图分类号:

O646

TrendMD:

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图/表 4

Fig.1 SEM image of the (NH4)2V6O16·H2O nanosheets(A), AFM height image of a typical (NH4)2V6O16·H2O nanosheet(B), TEM image(C) and its corresponding SAED pattern(D) of the (NH4)2V6O16·H2O nanosheets

Fig.2 XRD patterns(A), Raman spectra(B), FTIR spectra(C) and TGA curves(D) of the commercial V2O5 nanoparticles and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets

Fig.3 CV curves of commercial V2O5 nanoparticles and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets(A), Galvanostatic charge?discharge profiles of commercial V2O5 nanoparticles(B) and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets(C) for the first five cycles at 0.1 A/g, rate capabilities of commercial V2O5 nanoparticles and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets at varying current rates(D)

Fig.4 Cycling performance of commercial V2O5 nanoparticles and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets at 0.1 A/g(A), 0.4 A/g(B) and 1 A/g(C), nyquist-diagram of commercial V2O5 nanoparticles and (NH4)2V6O16·H2O nanosheets(Inset is the equivalent circuit diagram)(D)

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