[發明專利]一種水系電池釩氧化物/粘土復合正極活性材料、正極材料、正極及其制備和應用

有效

• 申請號: 201910310607.2
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110707300B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉賽男;蔡圳陽;張強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發明屬于水系電池技術領域，具體公開了一種釩氧化物/粘土復合水系電池正極活性材料，包括二維釩氧化物和粘土材料；所述的二維釩氧化物化學式為V₁₀O₂₄·12H₂O。本發明還提供了一種所述的正極活性材料的制備方法和應用。本發明還包括包含所述的正極活性材料的正極、所述的正極的制備以及應用。本發明親水性釩氧化物粘土水系電池復合正極活性組分的制備流程少，制備方式簡單易行，且原材料來源廣泛、成本低，可使正極材料具備較好的親水性，能夠解決水系電池正極材料離子擴散性能不足的問題，為水系電池實現商業化利用打下了基礎。

技術領域

本發明涉及一種親水性釩氧化物粘土水系電池復合正極活性組分及其制備方法和應用，屬于電化學領域。

背景技術

能源已成為全球經濟發展和社會進步最重要的驅動力，也是人類生存的基礎。二次金屬離子電池作為重要的電化學儲能裝置，可以實現可再生能源的有效利用。然而，要滿足大功率儲能設備和電動汽車的應用，必須具有更高的比容量和更好的速率能力。因此，開發更高能量密度和功率密度的二次電池變得越來越緊迫。

目前，多價離子電池(如Mg²⁺、Zn²⁺和Al³⁺)理論上能夠提供更多的電子，其容量是鋰離子電池的兩到三倍。此外，與日益稀缺的鋰資源相比，鋅等金屬天然含量豐富，能有效地降低產量。因此，水性鋅離子電池以其高能量密度、環保、低成本等優點受到廣泛關注。此外，它也有望成為下一代“綠色”離子電池之一。自從水系鋅電池開發以來，多名研究人員已經開始了相關的研究。不幸的是，由于陰極材料的限制，水系鋅電池遠未達到理論容量。到目前為止，鋅離子電池已經開發出多種陰極材料，如V₂O₅、MnO₂等。然而，由于Zn²⁺擴散性能差，最終會影響電池的速率能力；同時，鋅離子在電極/電解質界面的輸運能力也對其電化學性能有決定性的影響

在當前的研究中，陳軍等(申請公布號CN201610459201.7)通過以陽離子缺陷型ZnMnxO₄/C納米復合材料為活性物質，鑲嵌在導電碳中，解決在放電過程中電極活性物質的結構形變，從而提升了提升水系鋅離子電池的循環壽命；王永剛等(申請公布號CN201510182321.2)采用溶液相活性物質作為水系鋰離子或鈉離子電池的正極材料，并與不含任何金屬元素的有機物負極構成了水系鋰離子或鈉離子電池體系，從而得到具有長循環壽命，較高比能量的水系電池曹殿學等(申請公布號CN201310285699.6)通過以三維隧道尖晶石結構λ-MnO₂作為活性物質，提升電池的儲能性能，適合于大電流充放電。

綜上，當前的技術主要是通過開發新的水系電池正極材料活性物質或者改變正極材料的結構，從而改善水系電池的電化學性能，但是在提高正極材料親水性，提高鋅離子在電極/電解質界面的輸運能力方面的研究以及報道仍然較少。

發明內容

本發明針對現有水系電池正極材料離子擴散性差和電子導電率不足，提出了一種釩氧化物/粘土復合水系電池正極活性材料(本發明也簡稱正極活性材料)。

本發明第二目的在于，提供所述的釩氧化物/粘土復合水系電池正極活性材料的制備方法。

本發明第三目的在于，提供一種包含所述的釩氧化物/粘土復合水系電池正極活性材料的正極材料(本發明也簡稱正極材料)。

本發明第四目的在于，提供一種復合有所述的正極材料的水系電池正極(本發明也簡稱正極)。

本發明第五目的在于，提供一種包含所述的正極活性材料的水系電池。

一種釩氧化物/粘土復合水系電池正極活性材料，包括二維釩氧化物和粘土材料；所述的二維釩氧化物化學式為V₁₀O₂₄·12H₂O。