半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN201310434930.3
文献号 : CN103474629B
文献日 : 2015-07-22
发明人 : 麦立强 , 韩春华 , 马鑫萸 , 晏梦雨
申请人 : 武汉理工大学
摘要 :
本发明涉及半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料及其制备方法，由石墨烯自卷曲包覆H2V3O8纳米线形成，石墨烯自卷曲形成的石墨烯卷与H2V3O8纳米线之间存在间隙，其中H2V3O8纳米线直径为20-80nm。该纳米材料可作为锂离子电池正极活性材料。本发明具有工艺简单、成本低等优点，由电极材料组装的电池具有循环稳定性好、在大电流下电化学性能优异等特点。
权利要求 :
1.半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线，由石墨烯自卷曲包覆H2V3O8纳米线形成，其直径为100-500nm，石墨烯自卷曲形成的石墨烯卷与H2V3O8纳米线之间存在间隙，其中H2V3O8纳米线直径为20-80nm，采用下述方法制得，包括有以下步骤：
1)取1.1～1.5mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
2)向步骤1)所得溶液中加入石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
3)将步骤2)所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
4)将步骤3)所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入恒温箱进行水热反应，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
5)用无水乙醇反复洗涤步骤4)所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线；
步骤2)所述的石墨烯分散液的制备方法包括有以下步骤：
a)量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；
b)打开恒温水浴锅，调节水浴锅温度为40℃，待温度稳定后，将锥形瓶放入水浴锅中，搅拌5分钟，量取100mg NaNO3加入到步骤a)所得分散液中，搅拌5分钟，随后量取500mg KMnO4粉末，缓慢加入至锥形瓶中，并保持分散液温度在45℃以下，搅拌30分钟；
c)向步骤b)所得分散液中，分三次加入去离子水，前两次均加入3ml去离子水，每次加入去离子水后搅拌5分钟，第三次加入40ml去离子水，搅拌15分钟；
d)将锥形瓶移出水浴锅，将140ml去离子水及10ml质量百分比浓度30％H2O2混合均匀后，倒入锥形瓶中，搅拌5分钟以终止氧化反应；
2-
e)将步骤d)所得悬浮液使用质量百分比浓度5％HCl溶液洗涤至无SO4 存在，上层清液使用BaCl2溶液检测后，使用去离子水洗涤至中性，分散在100ml去离子水中，超声60分钟；
f)将步骤e)所得分散液5000转/分离心，时间为5分钟，反复取上层清液，直至离心后底部无沉淀为止，即可获得均一的石墨烯分散液，浓度为1mg/ml。
2.如权利要求1所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线，其特征在于步骤4)所述的水热反应温度为160-200℃，反应时间为12-84小时。
3.如权利要求1所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线，其特征在于步骤2)所述的石墨烯分散液中石墨烯的量为10-16mg。
4.权利要求1所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的制备方法，包括有以下步骤：
1)取1.1～1.5mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
2)向步骤1)所得溶液中加入石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
3)将步骤2)所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
4)将步骤3)所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入恒温箱进行水热反应，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
5)用无水乙醇反复洗涤步骤4)所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线；
步骤2)所述的石墨烯分散液的制备方法包括有以下步骤：
a)量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；
b)打开恒温水浴锅，调节水浴锅温度为40℃，待温度稳定后，将锥形瓶放入水浴锅中，搅拌5分钟，量取100mg NaNO3加入到步骤a)所得分散液中，搅拌5分钟，随后量取500mg KMnO4粉末，缓慢加入至锥形瓶中，并保持分散液温度在45℃以下，搅拌30分钟；
c)向步骤b)所得分散液中，分三次加入去离子水，前两次均加入3ml去离子水，每次加入去离子水后搅拌5分钟，第三次加入40ml去离子水，搅拌15分钟；
d)将锥形瓶移出水浴锅，将140ml去离子水及10ml质量百分比浓度30％H2O2混合均匀后，倒入锥形瓶中，搅拌5分钟以终止氧化反应；
2-
e)将步骤d)所得悬浮液使用质量百分比浓度5％HCl溶液洗涤至无SO4 存在，上层清液使用BaCl2溶液检测后，使用去离子水洗涤至中性，分散在100ml去离子水中，超声60分钟；
f)将步骤e)所得分散液5000转/分离心，时间为5分钟，反复取上层清液，直至离心后底部无沉淀为止，即可获得均一的石墨烯分散液，浓度为1mg/ml。
5.如权利要求4所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的制备方法，其特征在于步骤4)所述的水热反应温度为160-200℃，反应时间为12-84小时。
6.如权利要求4所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的制备方法，其特征在于步骤2)所述的石墨烯分散液中石墨烯的量为10-16mg。
7.权利要求1所述的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线作为锂离子电池正极活性材料的应用。
说明书 :
半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料
及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料及其制备方法，该材料可作为锂离子电池正极活性材料。
背景技术
[0002] 进入21世纪以来，能源问题日益凸显，煤、石油等传统资源日益枯竭，造成严重污染。而电能来源广泛，效率高，清洁无污染，但目前受到储存手段不足等因素制约。为了解决这个问题，发展先进能源储存器件越来越重要。最近，作为能源储存器件的重要组成形式，锂离子电池由于其较高的能量密度，被广泛应用于混合动力汽车以及便携设备中，可以有效减少石油的消耗，减少有害气体排放。在2012年科技部公布的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中指出“纯电驱动”汽车是我国新能源汽车技术的发展方向和重中之重。
[0003] 但目前锂离子电池材料普遍存在循环寿命短，可逆容量低、生产成本高等问题，有效解决上述问题是目前研究的前沿与热点之一。H2V3O8具有特殊的层状结构，其理论容量极高，为目前商用材料数倍，但其较差的循环性能，其较低的电子电导率与离子电导率，导致在大电流的工作环境中性能较差，严重制约在锂离子电池中的应用，特别是电动汽车领域的应用。
[0004] 近年来，为提高锂离子的扩散效率，具有纳米结构的H2V3O8材料受到了广泛关注，H2V3O8纳米线由于具有轴向的小尺寸效应，电子和离子传导好，具有比较大的比表面积，扩散距离短等性质表现出优异的电化学性能。石墨烯由于独特的2D单层碳原子结构，具有高2
比表面积（2600m/g）、高电子电导率、良好的机械韧性等特性，广泛应用于对电极材料的电化学改性中，特别是石墨烯卷曲之后，在管内存在纳米限域效应，将大幅提高材料的性能。
但半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料还未见报道。
比表面积（2600m/g）、高电子电导率、良好的机械韧性等特性，广泛应用于对电极材料的电化学改性中，特别是石墨烯卷曲之后，在管内存在纳米限域效应，将大幅提高材料的性能。
但半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料还未见报道。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料的其制备方法，其制备过程简单，能耗较低，所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料具有良好的电化学性能。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线，由石墨烯自卷曲包覆H2V3O8纳米线形成，其直径为100-500nm，石墨烯自卷曲形成的石墨烯卷与H2V3O8纳米线之间存在间隙，其中H2V3O8纳米线直径为20-80nm，采用下述方法制得，包括有以下步骤：
[0007] 1）取1.1～1.5mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0008] 2）向步骤1）所得溶液中加入石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0009] 3）将步骤2）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0010] 4）将步骤3）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入恒温箱进行水热反应，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0011] 5）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0012] 按上述方案，步骤2）所述的石墨烯分散液的制备方法包括有以下步骤：
[0013] a）量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；
[0014] b）打开恒温水浴锅，调节水浴锅温度为40℃，待温度稳定后，将锥形瓶放入水浴锅中，搅拌5分钟，量取100mg NaNO3加入到步骤a）所得分散液中，搅拌5分钟，随后量取500mgKMnO4粉末，缓慢加入至锥形瓶中，并保持分散液温度在45℃以下，搅拌30分钟；
[0015] c）向步骤b）所得分散液中，分三次加入去离子水，前两次均加入3ml去离子水，每次加入去离子水后搅拌5分钟，第三次加入40ml去离子水，搅拌15分钟；
[0016] d）将锥形瓶移出水浴锅，将140ml去离子水及10ml质量百分比浓度30%H2O2混合均匀后，倒入锥形瓶中，搅拌5分钟以终止氧化反应；
[0017] e）将步骤d）所得悬浮液使用质量百分比浓度5%HCl溶液洗涤至无SO42-存在，上层清液使用BaCl2溶液检测后，使用去离子水洗涤至中性，分散在100ml去离子水中，超声60分钟；
[0018] f）将步骤e）所得分散液5000转/分离心，时间为5分钟，反复取上层清液，直至离心后底部无沉淀为止，即可获得均一的石墨烯分散液，浓度为1mg/ml。
[0019] 按上述方案，步骤4）所述的水热反应温度为160-200℃，反应时间为12-84小时。
[0020] 按上述方案，步骤2）所述的石墨烯分散液中石墨烯的量为10-16mg。
[0021] 半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的制备方法，包括有以下步骤：
[0022] 1）取1.1～1.5mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0023] 2）向步骤1）所得溶液中加入石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml， 搅拌30分钟；
[0024] 3）将步骤2）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0025] 4）将步骤3）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入恒温箱进行水热反应，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0026] 5）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0027] 按上述方案，步骤2）所述的石墨烯分散液的制备方法包括有以下步骤：
[0028] a）量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；
[0029] b）打开恒温水浴锅，调节水浴锅温度为40℃，待温度稳定后，将锥形瓶放入水浴锅中，搅拌5分钟，量取100mg NaNO3加入到步骤a）所得分散液中，搅拌5分钟，随后量取500mgKMnO4粉末，缓慢加入至锥形瓶中，并保持分散液温度在45℃以下，搅拌30分钟；
[0030] c）向步骤b）所得分散液中，分三次加入去离子水，前两次均加入3ml去离子水，每次加入去离子水后搅拌5分钟，第三次加入40ml去离子水，搅拌15分钟；
[0031] d）将锥形瓶移出水浴锅，将140ml去离子水及10ml质量百分比浓度30%H2O2混合均匀后，倒入锥形瓶中，搅拌5分钟以终止氧化反应；
[0032] e）将步骤d）所得悬浮液使用质量百分比浓度5%HCl溶液洗涤至无SO42-存在，上层清液使用BaCl2溶液检测后，使用去离子水洗涤至中性，分散在100ml去离子水中，超声60分钟；
[0033] f）将步骤e）所得分散液5000转/分离心，时间为5分钟，反复取上层清液，直至离心后底部无沉淀为止，即可获得均一的石墨烯分散液，浓度为1mg/ml。
[0034] 按上述方案，步骤4）所述的水热反应温度为160-200℃，反应时间为12-84小时。
[0035] 按上述方案，步骤2）所述的石墨烯分散液中石墨烯的量为10-16mg。
[0036] 半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料作为锂离子电池正极活性材料的应用。
[0037] 本发明采用一步水热法，通过控制石墨烯片的定向搭接，在特定条件下引发其自卷曲，液相合成制备半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。结果显示，该方法制备的纳米材料形貌均一，包覆均匀。纳米线结构可以有效缩短锂离子扩散距离，提供连续的锂离子转移通道。而石墨烯卷包覆可以大幅提高材料的导电性，石墨烯卷可以起到缓冲作用，可以提供活性材料在锂离子嵌入过程中体积膨胀所需的空间，防止电极材料发生自团聚。电 解液可沿空腔流入，直接接触活性物质，避免活化问题。而其他石墨烯复合材料，壳层材料通常使活性物质浸润不充分，前几次容量无法到达最大值，需要循环数次才能达到最大容量。包覆结构还可以减少活性物质的溶解，提高电极材料稳定性。因此，本发明提供的半中空双连续石墨烯管中线结构同轴纳米线制备工艺可以大幅提高锂离子电池循环稳定性，提高电极材料在大电流条件的性能，解决H2V3O8正极材料容量衰减快、无法进行大电流充放电的难题，在锂离子电池应用领域有巨大的发展潜力。
[0038] 制备半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的关键技术为采用简单水热法，通过改变反应时间以及原料的配比，使材料自组装形成特定的特定米形貌，结构均一，纯度高。
[0039] 本发明的有益效果是：采用一步水热法，以H2V3O8纳米线为模板，通过控制石墨烯片的定向搭接，在特定条件下引发其自卷曲进行包覆，液相合成制备半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。其作为锂离子电池正极材料活性物质，表现出比较好的循环稳定性，在大电流充放电条件下电化学性能优异；其次，本发明工艺简单，通过简单水热处理后即半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线，能耗较低。所使用石墨烯的质量占原料总质量仅为5%，有利于市场化推广。
附图说明
[0040] 图1是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线和H2V3O8纳米线的XRD图；
[0041] 图2是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的SEM图；
[0042] 图3是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的TEM图；
[0043] 图4是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线边缘石墨烯管的TEM图；
[0044] 图5是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的EDS图；
[0045] 图6是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的合成机理图；
[0046] 图7是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线、H2V3O8纳米线（对比样品1）、搅拌负载H2V3O8纳米线/石墨烯复合材料（对比样品2）的电池循环性能图。
[0047] 图8是本发明实施例1的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线、H2V3O8纳米线（对比样品1）、搅拌负载H2V3O8纳米线/石墨烯复合材料（对比样品2）的倍率性能图。
具体实施方式
[0048] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0049] 实施例1：
[0050] 半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料的制备方法，它包括如下步骤：
[0051] 一、石墨烯分散液的制备：
[0052] 1）量取1g石墨粉与23ml浓硫酸加入到250ml锥形瓶中，在室温下使用磁力搅拌器温和搅拌24小时；
[0053] 2）打开恒温水浴锅，调节水浴锅温度为40℃，待温度稳定后，将锥形瓶放入水浴锅中，搅拌5分钟。量取100mg NaNO3加入到步骤a）所得分散液中，搅拌5分钟。随后量取500mgKMnO4粉末，缓慢加入至锥形瓶中，并保持分散液温度在45℃以下，搅拌30分钟；
[0054] 3）向步骤b）所得分散液中，分三次加入去离子水，前两次均加入3ml去离子水，每次加入去离子水后搅拌5分钟，第三次加入40ml去离子水，搅拌15分钟；
[0055] 4）将锥形瓶移出水浴锅，将140ml去离子水及10ml质量百分比浓度30%H2O2混合均匀后，倒入锥形瓶中，搅拌5分钟以终止氧化反应；
[0056] 5）将步骤d）所得悬浮液使用质量百分比浓度5%HCl溶液洗涤至无SO42-存在，上层清液使用BaCl2溶液检测后，使用去离子水洗涤至中性，分散在100ml去离子水中，超声60分钟；
[0057] 6）将步骤e）所得分散液5000转/分离心，时间为5分钟，反复取上层清液，直至离心后底部无沉淀为止，即可获得均一的石墨烯分散液，浓度为1mg/ml。
[0058] 二、V2O5溶胶的制备
[0059] 7）取V2O5粉末放入陶瓷坩埚并置于马弗炉中，加热并保温至熔融状态；
[0060] 8）将步骤7）所得熔融V2O5迅速倒入常温去离子水中淬冷，将所得液体加热至沸腾并不停搅拌，冷却后抽滤，将滤液静置得到V2O5溶胶，标定其浓度，备用；
[0061] 三、半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料的制备[0062] 9）取1.3mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0063] 10）向步骤9）所得溶液中加入13ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0064] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0065] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入180℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为48小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0066] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0067] 如图6所示，本发明的合成机理是：采用一步水热法，以H2V3O8纳米线为模板，通过控制石墨烯片的定向搭接，在特定条件下引发其自卷曲进行包覆，液相合成制备半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0068] 以本实验发明的产物半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，经过X-射线衍射仪确定，如图1所示，X-射线衍射图谱(XRD)表明，半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线与H2V3O8纳米线峰位一致，产物的衍射峰均与JCPDS卡片No.028-1433 属于斜方晶系。
[0069] 如图2所示，场发射扫描电镜（FESEM）测试表明，样品形貌均一，分散性好。插图具有明显明暗变化，同轴纳米线平均直径为100-500nm，其中H2V3O8纳米线的直径为20-80nm，是由石墨烯自卷曲包覆H2V3O8纳米线形成，石墨烯卷与H2V3O8纳米线具有一定的间隙。具有如图3所示，透射电镜（TEM）更加清晰地观察到明暗变化，核心部分通过高分辨透射电镜观察，可以发现明显晶格条纹，晶格间距为0.483nm和0.468nm，与X-射线衍射图谱中的(130)和(200)衍射峰图像吻合。而同轴纳米线的边缘区域（如图4），可以发现石墨烯的特征条纹，约为7-10层石墨烯构成。通过能谱仪测试（如图5）显示，同轴纳米线核心区域钒含量比较高，碳含量则比较均匀，验证了半中空棒中线结构的存在。
[0070] 所制备的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线作为锂离子电池正极活性材料，锂离子电池的制备方法其余步骤与通常的制备方法相同。正极片的制备方法如下，采用半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线作为活性材料，乙炔黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘结剂，活性材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为70:20:10；将它们按比例充分混合后，加入少量异丙醇，研磨均匀，在对辊机上压约0.5mm厚的电极片；压好的正极片置于80℃的烘箱干燥24小时后备用。以1M的LiPF6溶解于乙烯碳酸酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）中作为电解液，锂片为负极，Celgard2325为隔膜，CR2025型不锈钢为电池外壳组装成扣式锂离子电池。
[0071] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，如图7所示，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达158mAh/g，400次循环后为138mAh/g，容量保持率为87.3%。
[0072] 对比例：将1.3mmol钒溶胶、0.039mmol的苯胺混合均匀，加入去离子水至溶液总体积为60ml，所得溶液放入100ml反应釜中，在180℃下水热48小时，经过无水乙醇洗涤后，干燥，得到H2V3O8纳米线，作为对比样品1。取0.87mmol H2V3O8纳米线(229.5mg)与13ml石墨烯分散液搅拌30分钟后干燥，作为对比样品2。通过相同的配件与工艺组装电池。在2A/g的电流密度下，H2V3O8纳米线的首次与400次循环后容量均不足40mAh/g。而搅拌混合H2V3O8纳米线/石墨烯复合材料的首次与400次循环后的放电比容量分别为140mAh/g和100mAh/g，容量保持率仅为71.4%。通过倍率测试（如图8）显示，在放电电流密度大于
100mA/g情况下，半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的放电容量均高于两种对比样品。为上述性能表明，半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料具有良好循环稳定性，特别是大电流工作条件下，性能更加突出，是一种潜在的锂离子电池正极材料。
100mA/g情况下，半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线的放电容量均高于两种对比样品。为上述性能表明，半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线材料具有良好循环稳定性，特别是大电流工作条件下，性能更加突出，是一种潜在的锂离子电池正极材料。
[0073] 实施例2：
[0074] 一、石墨烯分散液的制备：与实施例1相同；
[0075] 二、V2O5溶胶的制备：与实施例1相同；
[0076] 三、V2O5量子点/石墨烯复合材料的制备：
[0077] 9）取1.1mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0078] 10）向步骤9）所得溶液中加入16ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0079] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0080] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入200℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为84小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0081] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0082] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达为150mAh/g，
400次循环后为130mAh/g，容量保持率为86.7%。
400次循环后为130mAh/g，容量保持率为86.7%。
[0083] 实施例3：
[0084] 一、石墨烯分散液的制备：与实施例1相同；
[0085] 二、V2O5溶胶的制备：与实施例1相同；
[0086] 三、V2O5量子点/石墨烯复合材料的制备：
[0087] 9）取1.5mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0088] 10）向步骤9）所得溶液中加入10ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0089] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0090] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入160℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为12小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0091] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0092] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达为160mAh/g，
400次循环后为132mAh/g，容量保持率为82.5%。
400次循环后为132mAh/g，容量保持率为82.5%。
[0093] 实施例4：
[0094] 一、石墨烯分散液的制备：与实施例1相同；
[0095] 二、V2O5溶胶的制备：与实施例1相同；
[0096] 三、V2O5量子点/石墨烯复合材料的制备：
[0097] 9）取1.3mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0098] 10）向步骤9）所得溶液中加入16ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0099] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0100] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入180℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为24小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0101] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯 管中线结构同轴纳米线。
[0102] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达为157mAh/g，
400次循环后为133mAh/g，容量保持率为84.7%。
400次循环后为133mAh/g，容量保持率为84.7%。
[0103] 实施例5：
[0104] 一、石墨烯分散液的制备：与实施例1相同；
[0105] 二、V2O5溶胶的制备：与实施例1相同；
[0106] 三、V2O5量子点/石墨烯复合材料的制备：
[0107] 9）取1.3mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0108] 10）向步骤9）所得溶液中加入10ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0109] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0110] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入200℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为48小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0111] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0112] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达为158mAh/g，
400次循环后为131mAh/g，容量保持率为82.9%。
400次循环后为131mAh/g，容量保持率为82.9%。
[0113] 实施例6：
[0114] 一、石墨烯分散液的制备：与实施例1相同；
[0115] 二、V2O5溶胶的制备：与实施例1相同；
[0116] 三、V2O5量子点/石墨烯复合材料的制备：
[0117] 9）取1.3mmol的V2O5溶胶置于烧杯中，以苯胺/V2O5溶胶摩尔比为0.03:1的比例向V2O5溶胶中加入0.5mol/L的苯胺溶液，搅拌均匀；
[0118] 10）向步骤9）所得溶液中加入13ml石墨烯分散液，并加入去离子水至溶液总体积为60ml，搅拌30分钟；
[0119] 11）将步骤10）所得的溶液超声20分钟，以获得均一溶液；
[0120] 12）将步骤11）所得的均一溶液转移至100ml反应釜中，放入180℃恒温箱中进行水热反应，反应时间为72小时，反应结束后，由反应釜中取出，自然冷却到室温；
[0121] 13）用无水乙醇反复洗涤步骤4）所得产物，烘干即得到半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线。
[0122] 以本实施例所得的半中空双连续H2V3O8/石墨烯管中线结构同轴纳米线为例，在2A/g电流密度下进行的恒流充放电测试结果表明，其首次放电比容量可达为159mAh/g，
400次循环后为136mAh/g，容量保持率为85.5%。
400次循环后为136mAh/g，容量保持率为85.5%。