汉阳大学研发一维钒酸盐中空纳米线负极材料

前常用的锂离子电池负极材料石墨的理论比容量仅为372mAh/g，而实际发挥容量最高仅为360mAh/g左右，这无法满足下一代高比能锂离子电池的需求，因此迫切的需要开发新型的负极材料以取代现有的石墨类材料。

目前常见的硅基负极材料，其比容量最高可达到3000mAh/g以上，但是硅基负极材料也存在着致命的缺陷，在完全嵌锂的状态下，其体积膨胀最高可达300%，这会造材料颗粒粉化，负极活性物质脱落，造成不可逆的容量损失，虽然人们已经开发出了多种手段解决由硅负极膨胀所引起的问题，但是目前硅负极的应用仍然处于探索阶段，真正成熟的产品并不多。

人们也并未停下探索的脚步，不断开发出各种新型的高容量锂离子电池负极材料，而钒酸盐材料就是其中的一种。近年来，复合过渡金属氧化物由于其优异的电化学性能而吸引了广泛的关注，由于过渡金属多种价态和较低的活化能使得这种材料具有优异的电子导电性，特别是钒酸盐材料作为正极和负极材料都吸引了广泛的关注，例如AgVO3和Co3V2O8等材料都表现出了优异的电化学性能。

韩国汉阳大学的Juan Xiang等结合目前的纳米材料技术与钒酸盐的研究成果，研发了一种一维钒酸盐中空纳米线制备工艺，该材料不仅具有钒酸盐材料电子电导率高的优点，也兼具了纳米材料Li+扩散距离短的特点，具有优异的电化学性能。

为了合成一维钒酸盐中空纳米线材料，Juan Xiang采用了静电纺丝技术。以Co3V2O8纳米线合成为例，首先将Co和V的醋酸盐溶解于DMF之中，然后加入PVP并持续搅拌12h，然后利用静电纺丝工艺制成前躯体，前躯体被转移到Al2O3基体上，并在500℃下焙烧3h，就可获得一维中空纳米线材料。除了Co3V2O8材料外，Juan Xiang还用同样的方法合成了Ni3V2O8和FeVO4材料。

循环伏安测试发现Co3V2O8材料有两个氧化还原峰，其中在还原过程中，分别位于0.63V和0.17V，氧化过程分别为1.47V和2.53V。

电化学测试显示，Co3V2O8的首次放电和充电容量分别达到1110mAh/g和764mAh/g，首次效率约为68.8%，电池循环50次以后容量衰降到了644mAh/g，但是循环100此后，电池的容量上升到了968mAh/g。

为了测试Co3V2O8材料的倍率性能，分别采用了0.2，0.5，1，2，5，10A/g的电流密度，该材料的容量分别达到了970，744，648，570，470 和349mAh/g。该材料在5A/g的电流密度下，循环1000次仍然能够保持1000mAh/g以上的容量，循环2000次能够保持900mAh/g左右的容量。

一维钒酸盐中空纳米线材料综合了中空结构和一维纳米结构的优势，不仅具有良好的电子导电性，更是极大的缩短了Li+的扩散距离，因此赋予该材料良好的倍率性能和循环性能。Co3V2O8材料的可逆容量达到1000mAh/g左右，是传统石墨类材料的三倍左右，极大的提高了材料的能量密度。