Preparation of Layered （NH4）2V6O16·H2O Nanosheets as an Anode for Li-ion Batteries

doi:10.7503/cjcu20200609

Abstract

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

CLC Number:

O646

TrendMD:

ZHOU Zhan, MA Lufang, TAN Chaoliang. Preparation of Layered （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O Nanosheets as an Anode for Li-ion Batteries[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 662.

Figures/Tables 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)

References 49

1	Tan C.， Cao X.， Wu X. J.， He Q.， Yang J.， Zhang X.， Chen J.， Zhao W.， Han S.， Nam G. H.， Sindoro M.， Zhang H.， Chem. Rev.， 2017， 117， 6225—6331
2	Zhao Y.， Wan J. Yao H.， Zhang L.， Lin K.， Wang L.， Yang N.， Liu D.， Song L.， Zhu J.， Gu L.， Liu L.， Zhao H.， Li Y.， Wang D.， Nat. Chem.， 2018， 10， 924—931
3	Chen X.， Wang Z.， Wei Y.， Zhang X.， Zhang Q.， Gu L.， Zhang L.， Yang N.， Yu R.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 17621—17624
4	Zhao C.， Tan C.， Lien D. H.， Song X.， Amani M.， Hettick M.， Nyein H. Y. Y.， Yuan Z.， Li L.， Scott M. C.， Javey A.， Nat. Nanotechnol.， 2020， 15， 53—58
5	Amani M.， Tan C.， Zhang G.， Zhao C.， Bullock J.， Song X.， Kim H.， Shrestha V. R.， Gao Y.， Crozier K. B.， Scott M.， Javey A.， ACS Nano， 2018， 12， 7253—7263
6	Tan C.， Lai Z.， Zhang H.， Adv. Mater.， 2017， 29， 1701392
7	Ge Y.， Shi Z.， Tan C.， Chen Y.， Cheng H.， He Q.， Zhang H.， Chem.， 2020， 6， 1237—1253
8	Manzeli S.， Ovchinnikov D.， Pasquier D.， Yazyev O.， Kis A.， Nat. Rev. Mater.， 2017， 2， 17033
9	Chen Y.， Lai Z.， Zhang X.， Fan Z.， He Q.， Tan C.， Zhang H.， Nat. Rev. Chem.， 2020， 4， 243
10	Shi W.， Liu X.， Deng T.， Huang S.， Ding M.， Miao X.， Zhu C.， Zhu Y.， Liu W.， Wu F.， Cao C.， Yang S.， Yang H.， Shen J.， Cao， X.， Adv. Mater.， 2020， 32， 1907404
11	Chen Y.， Wang L.， Shi J.， Nano Today， 2016， 11， 292—308
12	Zhou Z.， Li B.， Shen C.， Wu D.， Fan H.， Zhao J.， Li H.， Zeng Z.， Luo Z.， Ma L.， Tan C.， Small， 2020，16， 2004173
13	Cui X.， Zhou Z.， Yang Y.， Wei J.， Wang J.， Wang M.， Yang H.， Zhang Y.， Yang S.， Chin. Chem. Lett.， 2015， 26， 749—754
14	Liu W.， Yu L.， Yin R.， Xu X.， Feng J.， Jiang X.， Zheng D.， Gao X.， Gao X.， Que W.， Ruan P.， Wu F.， Shi W.， Cao X.， Small， 2020， 16， 1906775
15	Ma Z.， Liu Z.， Cheng Z.， Chin. Chem. Lett.， 2020， 31， 1936—1940
16	Wu N.， Du W.， Liu G.， Zhou Z.， Fu H.， Tang Q.， Liu X.， He Y.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2017， 9， 43681—43687
17	Kalantar⁃zadeh K.， Ou J.， Daeneke T.， Mitchell A.， Sasaki T.， Fuhrer M.， Appl. Mater. Today， 2016， 5， 73—89
18	Zhang L. F.， Shen K. C.， Jiang Y. T.， Guo Y.， Liu Y.， Guo S. W.， Chem. Res. Chinese Universities， 2019， 35（5）， 842—847
19	Wang C.， Yi Y.， Li H.， Wu P.， Li M.， Jiang W.， Chen Z.， Li H.， Zhu W.， Dai S.， Nano Energy， 2020， 67， 104253
20	Yang L.， Yang K.， Zheng J.， Xu K.， Amine K.， Pan F.， Chem. Soc. Rev.， 2020， 49， 4667—4680
21	Zhang X.， Hou L.， Ciesielski A.， Samorì P.， Adv. Energy Mater.， 2016， 6， 1600671
22	Zhang S. P.， Tan H. T.， Rui X. H.， Yu Y.， Acc. Chem. Res.， 2020， 53， 1660—1671
23	Rui X.， Lu Z.， Yu H.， Yang D.， Hng H.， Lim T.， Yan Q.， Nanoscale， 2013， 5， 556—560
24	Xu Y.， Dunwell M.， Fei L.， Fu E.， Lin Q.， Patterson B.， Yuan B.， Deng S.， Andersen P.， Luo H.， Zou G.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2014， 6， 20408—20413
25	Wang X.， Jia W.， Wang L.， Huang Y.， Guo Y.， Sun Y.， Jia D.， Pang W.， Guo Z.， Tang X.， J. Mater. Chem. A， 2016， 4， 13907—13915
26	Zhang C.， Park S.， O’Brien S.， Seral⁃Ascaso A.， Liang M.， Hanlon D.， Krishnan D.， Crossley A.， McEvoy N.， Coleman J.， Nicolosi V.， Nano Energy， 2017， 39， 151—161
27	Li H.， Wu J.， Yin Z.， Zhang H.， Acc. Chem. Res.， 2014， 47， 1067—1075
28	Nicolosi V.， Chhowalla M.， Kanatzidis M.， Strano M.， Coleman J.， Science， 2013， 340， 1226419
29	Huo C.， Yan Z.， Song X.， Zeng H.， Sci. Bull.， 2015， 60， 1994—2008
30	Zhang Q.， Mei L.， Cao X.， Tang Y.， Zeng Z.， J. Mater. Chem. A， 2020， 8， 15417—15444
31	Zhao Y. C.， Su Y. Q.， Guo Y. Q.， Wu C. Z.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（4）， 518—524
32	Zhou X. Y.， Yang J. H.， Zhong M. Z.， Xia Q. L.， Li B.， Duan X. D.， Wei Z. M.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（4）， 584—596
33	Stark M.， Kuntz K.， Martens S.， Warren S.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1808213
34	Wan J.， Lacey S.， Dai J.， Bao W.， Fuhrer M.， Hu L.， Chem. Soc. Rev.， 2016， 45， 6742—6765
35	Augustyn V.， J. Mater. Res.， 2017， 32， 2—15
36	Yu M.， Shao H.， Wang G.， Yang F.， Liang C.， Rozier P.， Wang C.， Lu X.， Simon P.， Feng X.， Nat. Commun.， 2020， 11， 1348
37	Heubner C.， Lein T.， Schneidera M.， Michaelis A.， J. Mater. Chem. A， 2020， 8， 16854—16883
38	Xu J.， Dou Y.， Wei Z.， Ma J.， Deng Y.， Li Y.， Liu H.， Dou S.， Adv. Sci.， 2017， 4， 1700146
39	Wang P.， Shi X.， Wu Z.， Guo S.， Zhou J.， Liang S.， Carbon Energy， 2020， 2， 294—301
40	Zhang W.， Liang S.， Fang G.， Yang Y.， Zhou J.， Nano⁃Micro Lett.， 2019， 11， 69
41	Wei Q.， Liu J.， Feng W.， Sheng J.， Tian X.， He L.， An Q.， Mai L.， J. Mater. Chem. A， 2015， 3， 8070—8075
42	Wu F.， Gao X.， Xu X.， Jiang Y.， Gao X.， Yin R.， Shi W.， Liu W.， Lu G.， Cao X.， ChemSusChem， 2020， 13， 1537—1545
43	Xia C.， Guo J.， Li P.， Zhang X.， Alshareef H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 3943—3948
44	Geng H.， Cheng M.， Wang B.， Yang Y.， Zhang Y.， Li C.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 30， 1907684
45	Wang Z.， Xu D.， Wang L.， Zhang X.， ChemPlusChem， 2012， 77， 124—128
46	Abello L.， Husson E.， Repelin Y.， Lucazeau G.， Spectrochim. Acta A， 1983， 7， 641—651
47	Wang X.， Xi B.， Feng Z.， Chen W.， Li H.， Jia Y.， Feng J.， Qian Y.， Xiong S.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7， 19130—19139
48	Huang J.， Zhou J.， Liang S.， Acta Phys.⁃Chim. Sin.， 2021， 37， 2005020
49	Zhou J.， Shan L.， Tang B.， Liang S.， Chin. Sci. Bull.， 2020， 65， 3562—3584

[1]	JIA Yanggang, SHAO Xia, CHENG Jie, WANG Pengpeng, MAO Aiqin. Preparation and Lithium Storage Performance of Pseudocapacitance-controlled Perovskite High-entropy Oxide La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ Anode Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220157.
[2]	BAO Junquan, ZHENG Shibing, YUAN Xuming, SHI Jinqiang, SUN Tianjiang, LIANG Jing. An Organic Salt PTO（KPD）₂ with Enhanced Performance as a Cathode Material in Lithium-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2911.
[3]	WU Zhuoyan, LI Zhi, ZHAO Xudong, WANG Qian, CHEN Shunpeng, CHANG Xinghua, LIU Zhiliang. A Highly Efficient One-step Preparation Method of Nano-silicon and Carbon Composite for High-performance Lithium Ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2500.
[4]	YI Conghua, SU Huajian, QIAN Yong, LI Qiong, YANG Dongjie. Preparation of Lignin Nanocarbon and Its Performance as a Negative Electrode for Lithium-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1807.
[5]	WANG Yimeng, LIU Kai, WANG Baoguo. Coating Strategies of Ni-rich Layered Cathode in LIBs [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1514.
[6]	MAO Eryang, WANG Li, SUN Yongming. Advances in Alloy-based High-capacity Li-containing Anodes for Lithium-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1552.
[7]	SUN Quanhu, LU Tiantian, HE Jianjiang, HUANG Changshui. Advances in the Study of Heteratomic Graphdiyne Electrode Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 366.
[8]	GONG Shanshan, WU Tong, WANG Guange, HUANG Qing, SU Yuefeng, WU Feng. Screening of Deep Eutectic Solvent Based on Efficient Recovery of Spent Lithium⁃ion Battery Cathode Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(10): 3151.
[9]	XIANG Houzheng, XIE Hongxiang, LI Wenchao, LIU Xiaolei, MAO Aiqin, YU Haiyun. Synthesis and Electrochemical Performance of Spinel-type High-entropy Oxides [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(8): 1801.
[10]	LU Di,ZHENG Chunman,CHEN Yufang,LI Yujie,ZHANG Hongmei. Synthesis of Li-rich Layers/Spinel/Carbon Composite Cathode Materials with Phenol Formaldehyde Resin and Its Electrochemical Performance^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(7): 1684.
[11]	CHEN Liangdan,ZOU Wei,WU Liang,XIA Fanjie,HU Zhiyi,LI Yu,SU Baolian. Nano-Al₂O₃ Coated Li-rich Cathode Material Li_{1. 2}Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂ for Highly Improved Lithium-ion Batteries ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1329.
[12]	LI Xiangnan, WANG Qiuxian, FAN Yong, YU Mingming, ZHANG Huishuang, YANG Shuting. Deposition Method Synthesis of Nano-phosphorus/Biomass Carbon Composites and Their High- and Low-temperature Electrochemical Performances as Anode Material in Lithium-ion Batteries ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(9): 1949.
[13]	YAO Fengnan,LI Yu,FENG Wei. Synthesis and Electrochemical Performance of Carbon-coated FeF₂ Nanocomposite^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1418.
[14]	YANG Jinge, LI Yujie, LU Di, CHEN Yufang, SUN Weiwei, ZHENG Chunman. Morphology Control and Lithium Storage Performance of Micro/nano Li-rich Cathode Material^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1495.
[15]	ZHAO Xinyue,WANG Jinglun,YAN Xiaodan,ZHANG Lingzhi. Effect of Nitrile Group Functionalized Organosilicon as Electrolyte Additive on Low-temperature Performance of LiFePO₄ Battery^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(6): 1258.

Preparation of Layered （NH₄）₂V₆O₁₆·H₂O Nanosheets as an Anode for Li-ion Batteries

RichHTML

PDF (PC)

Supplement

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 4

References 49

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments