納米片及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種二維裡離子電池添加劑VC2納米片及其制備方法，具體設及一種 二維裡離子電池添加劑VC,納米片及其利用化學刻蝕的制備方法。
【背景技術】
[0002] 裡離子動力電池在全球電動汽車產業發展中占有絕對優勢，而在裡離子電池的研 究中，材料導電性差一直是制約其發展的瓶頸問題，因此，提高材料導電性是決定裡離子電 池綜合性能優劣的關鍵因素，其研究一直是該領域的熱點。近年來，二維納米材料W其獨特 的物理化學性能，如；柔性、比表面積大，活性位點多，帶電粒子傳輸性能好等，而被廣大研 究者所關注，幾種典型的二維納米材料如：石墨締、M0S2、WS2等材料均在儲能領域表現出了 極大的應用前景。
[0003] 二維VC2材料由于具有獨特的二維層狀結構(可W提供裡離子快速傳輸通道)，優 異的電子導電率，潛在的高容量，在儲能領域(裡離子電池、鋼離子電池、裡硫電池、超級電 容器等）中已凸顯出巨大的應用前景。VC2結構上相對于石墨和類石墨無機材料（BN、MoS2 等層內具有強共價鍵，層間具有較弱的范德華力）不僅具有強的共價鍵，還具有強的金屬鍵 和離子鍵，因此，不能簡單的使用機械剝離的方法來制取VC2單層材料。VC2納米材料的特 殊結構，決定了材料具有許多獨特的性能，應用于裡離子電極材料時，儲裡機理、電化學過 程動力學等與其他材料不同。然而，目前尚未有任何關于VC2納米材料應用于裡離子電池 的報道。
[0004] 在制備上，CN103641119A公開了一種類石墨締材料的制備方法，是將TisAlCs在 HF酸中進行化學刻蝕，使A1被選擇性刻蝕掉，得到所述類石墨締材料，其制備過程中需要 采用兩次超聲處理，一次是在HF酸化學刻蝕的過程中，還有一次是在后續分離過程中，才 得到單層二維TisCs納米片，制備過程繁復，而且所制備的TisCs納米片并未實際應用。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種步驟簡單，應用于裡離子電池時能夠大 大提高材料的導電性，并有效改進材料電化學性能的二維裡離子電池添加劑VC,納米片及 其簡單的制備方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下；一種二維裡離子電池添加劑VC2 納米片，按照W下方法制成： (1) 將二維VA1C2基體材料置于濃度為0. 008~0. 5mol/L的HF溶液中浸泡4~60h， 得含有多層二維VC,的混合溶液； (2) 將步驟（1)中所得含有多層二維VC2的混合溶液置于超高速離屯、機中W10000~ 80000轉/分鐘的轉速進行離屯、處理10~80h，得含有單層二維VC2納米片的前驅體； (3) 將步驟（2)所得含有單層二維VC2納米片的前驅體進行洗漆，得單層二維VC2納米 片； (4)將步驟（3)所得單層二維VC2納米片在60~100°C下，干燥4~15h，得二維裡離 子電池添加劑VC2納米片。
[0007] 進一步，步驟（1)中，所述HF溶液的濃度為0. 01~0. 2mol/L(優選0. 05~ 0. 15mol/L)。將二維VA1C2基體材料置于HF溶液中浸泡的目的是進行化學刻蝕，去除金屬 A1層，W獲得含有多層二維VC2的框架材料，若HF溶液的濃度和浸泡時間不在所述范圍內， 金屬A1層的刻蝕效果均不佳。二維VA1C2基體材料浸泡時對HF溶液的用量沒有要求。
[0008] 進一步，步驟（1)中，所述浸泡的時間為5~20h。
[0009] 進一步，步驟（2)中，所述離屯、機的轉速為20000~60000轉/分鐘。對含有多層 二維VC2的混合溶液進行超高速離屯、處理的目是對多層二維VC2進行機械剝離，W得到單層 二維VC2納米片的前驅體。
[0010] 進一步，步驟（2)中，所述離屯、的時間為20~60h。
[0011] 研究表明，若不采用步驟（1)中所述0. 008~0. 5mol/L的HF濃度、4~60h的浸 泡時間，不采用步驟（2)中所述10000~80000轉/分鐘的轉速和10~80h的離屯、處理時 間，將很難得到VC2納米片。
[0012] 步驟（3)中，洗漆的目的主要是為了去除A1在剝離后可能轉移到單層二維VC2納 米片的前驅體中的金屬雜質，采用常規洗漆方法即可。
[0013] 進一步，步驟（4)中，所述干燥的溫度為80~90°C。
[0014] 進一步，步驟（4)中，所述干燥的時間為5~lOh。
[0015]本發明VC2納米片的制備方法是通過酸選擇性去除VA1C2材料層狀結構中的元素 A1而不破壞其層狀結構，再通過超高速離屯、獲得單層二維VC2納米片的前驅體。
[0016] 研究表明，本發明二維VC2納米片具有較大的比表面積，可W增大與電解液的接 觸，使液固兩相的離子傳輸面積變大，可W有效改善電極界面傳輸性能，從而大大減少材料 的界面電阻，與裡離子電池活性材料充分接觸而形成一個快速的導電網絡，可W加快離子 和電子的傳輸。本發明VC2納米片的一次粒徑厚度可有效控制在20~300nm之間，作為裡 離子電池添加劑時，在充放電過程中，由于其快速的導電特性，可W大大加快離子的傳輸， 提高活性材料的電化學性能。本發明首次將所制備的VC,納米片W添加劑的形式應用于裡 離子電池中，能夠有效縮短裡離子的擴散距離，使其傳輸速率加快，有利于提高材料的倍率 性能，比如當WLiFeP〇4作為正極材料時，0. 1C的放電比容量可達170. 8mAh/g，1C的放電 比容量可達164. 5mAh/g，5C的放電比容量可達140. 7mAh/g，10C的放電比容量可達130. 5 mAh/g，說明其充放電容量和倍率性能優異，與未加入添加劑的電池相比，加入VC2納米片添 加劑后，活性材料的放電比容量、倍率性能都有明顯的提高和改善，說明VC2納米片的加入 能大大提高活性材料的導電性。本發明二維裡離子電池添加劑VC,納米片的制備方法在HF 酸刻蝕階段為自反應刻蝕，只采用了一次高速離屯、處理，即得到了單層二維VC2納米片的前 驅體，省去了多次超聲處理，步驟簡單，合成溫度低，反應時間短，原料易得，便于產業化。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明實施例1所制得的二維裡離子電池添加劑VC2納米片的SEM衍射圖； 圖2是本發明實施例2所制得的二維裡離子電池添加劑VC,納米片的SEM衍射圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。
[0019] 本發明實施例所使用的VA1C2基體材料，型號為ACSreagent,純度> 99%，購自 Sigma-Al化ich;其它所使用的化學試劑，如無特殊說明，均通過常規商業途徑獲得。
[0020] 實施例1 (1) 將二維VA1C2基體材料置于濃度為0. Olmol/L的HF溶液中浸泡6化進行化學刻蝕 去除金屬A1層，得含有多層二維VC2的混合溶液； (2) 將步驟（1)所得含有多層二維VC2的混合溶液置于超高速離屯、機中W50000轉/ 分鐘的轉速進行離屯、處理50h，得含有單層二維VC2納米片的前驅體； (3) 將步驟（2)所得含有單層二維VC2納米片的前驅體進行洗漆，得單層二維VC2納米 片； (4) 將步驟（3)所得單層二維VC2納米片在100°C下，干燥化，得二維裡離子電池添加 劑VCg納米片。
[002。所制得的二維裡離子電池添加劑VC2納米片的沈M衍射圖如圖1所示，經檢測，二 維裡離子電池添加劑VC2納米片的一次粒徑平均厚度為20nm。
[0022]電池的組裝；分別稱取0.24g的磯酸鐵裡（LiFeP〇4)、磯酸饑裡（Li3V2(P〇4)3)作為 正極材料，加入0.〇3g上述所制備的VC2納米片和0.03gPVDF(服V-900)作粘結劑，充分 研磨后加入2mLNMP分散混合，調漿均勻后于16y m厚的銅巧上拉漿制成正極極片，在厭氧 手套箱中W金屬裡片為負極，WCelgard2300為隔膜，Imol/LLiPFe/EC:DMC:EMC(體積比 1:1:1)為電解液，組裝成CR2025的扣式電池，將電池在3.0~4.5V電壓范圍內，0.1C、1C、 5C、10C倍率下，測其充放電容量和倍率性能，如表1所示。
[002引 實施例2 (1)將二維VA1C2基體材料置于濃度為0.08mol/L的HF溶液中浸泡化進行化學刻蝕 去除金屬A1層，得含有多層二維VC2的混合溶液； (2) 將步驟（1)所得含有多層二維VC2的混合溶液置于超高速離屯、機中W10000轉/ 分鐘的轉速進行離屯、處理80h，得含有單層二維VC2納米片的前驅體； (3) 將步驟（2)所得含有單層二維VC,納米片的前驅體進行洗漆，得單層二維VC2納米 片； (4) 將步驟（3)所得單層二維VC2納