[發(fā)明專利]一種基于五氧化二釩的有機無機雜化材料制備方法及其在鋅離子電池中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911285633.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112993217A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭瓊;李先鋒;李銳;張華民;閻景旺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/60;H01M10/054
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發(fā)明提供一種基于五氧化二釩的有機無機雜化材料制備方法及其在鋅離子電池中的應(yīng)用，本發(fā)明將將有機物通過原位合成的方式摻雜到五氧化二釩中，有效增加五氧化二釩層間距，提供一種具有高比容量、循環(huán)性能好、成本低廉且環(huán)境友好的鋅離子電池正極電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋅離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于五氧化二釩的有機無機雜化材料的制備方法及其在鋅離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

人類社會的生存與發(fā)展與能源密切相關(guān)，化石能源如煤炭、石油、天然氣的普遍應(yīng)用極大促進了世界的發(fā)展和社會的進步，然而全世界范圍內(nèi)能源消耗也日趨增加，可再生能源逐漸替代不可再生能源的議題贏得了全世界范圍的共識，然而以太陽能、風能為代表的可再生能源存在著不連續(xù)、不穩(wěn)定的問題，使得無法充分利用，造成了大量的能源資源浪費，因此，大規(guī)模儲能技術(shù)成為了一個重要的研究領(lǐng)域。

在眾多儲能技術(shù)中，二次電池是電化學(xué)能源存儲的轉(zhuǎn)化技術(shù)的代表，鋰離子電池目前占據(jù)了便攜式移動電子設(shè)備的主要市場，而且正在向混合電動汽車市場方向飛速發(fā)展，這將導(dǎo)致鋰的需求量大大增加，造成鋰離子電池成本的提高；另一方，鋰離子電池中普遍采用的有機電解液具有可燃性，電池在運行過程一旦出現(xiàn)熱失控的現(xiàn)象即可能發(fā)生燃燒甚至爆炸，這一安全問題屢見不鮮，使得人們逐漸考慮鋰離子電池的替代品。水系鋅基電池可以從根本上解決電池的安全問題，同時鋅元素在地殼中的豐度遠遠高于鋰，成本上更具優(yōu)勢，所以，水系鋅離子電池是一種非常有前景的二次電池。

目前，制約鋅離子電池發(fā)展同時鋅離子電池中研究最多的當屬鋅離子電池正極材料，目前報道的儲鋅正極材料主要有聚陰離子型化合物(NASICON)、二氧化錳和五氧化二釩類材料，其中聚陰離子型化合物的容量太低，無法實際應(yīng)用，二氧化錳類材料特點在于電壓較高，但是容量較低，且循環(huán)問題特別突出，對于二次電池應(yīng)用上仍有較多問題需要解決。五氧化二釩類材料由于釩具有豐富的可變價態(tài)，擁有最高的理論比容量，同時其結(jié)構(gòu)相較于二氧化錳更為穩(wěn)定，因此是一種很有潛力的鋅離子電池正極材料。但是該材料的循環(huán)性能仍然制約了其進一步應(yīng)用，鋅離子在充放電循環(huán)時不斷嵌入脫出材料會使得層結(jié)構(gòu)逐漸坍塌，同時活性材料逐漸溶于電解液，造成容量降低，因此尋找一種合適的方法撐開并穩(wěn)定其層間距是一大研究熱點，現(xiàn)在比較普遍的是采用一種或多種金屬陽離子嵌入五氧化二釩的方法合成各類釩酸鹽，可以一定程度提高五氧化二釩層間距，提升其容量性能，但對于抑制溶解問題并不能有效改善，在循環(huán)過程中性能衰減仍較為嚴重，所以還有很大的改進空間，亟需尋找一種新思路用于改性五氧化二釩材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種具有高比容量、循環(huán)性能好、成本低廉且環(huán)境友好的鋅離子電池正極電極材料。

本發(fā)明的目的還在于提供一種用于提供一種基于五氧化二釩的有機無機雜化材料。

本發(fā)明的目的還在于提供一種有效增加五氧化二釩層間距的方法，尤其涉及利用有機聚合物嵌入五氧化二釩層間提高其層間距構(gòu)成一種新型有機無機雜化材料的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1、一種基于五氧化二釩的有機無機雜化材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將釩源、還原劑去離子水混合，得到混合溶液A；

(2)將步驟(1)的混合溶液A置于水熱釜中，然后將水熱釜放入鼓風烘箱中，于160-200℃下水熱反應(yīng)5-20h，得到五氧化二釩前驅(qū)體溶膠；

(3)向所述五氧化二釩前驅(qū)體溶膠中加入有機小分子水溶液，于0-25℃攪拌2-24h，靜置，過濾，干燥，得到所述基于五氧化二釩的有機無機雜化材料，有機小分子與前驅(qū)體可以自發(fā)組裝原位產(chǎn)生均勻的有機分子嵌入無機V₂O₅骨架的材料。

基于以上技術(shù)方案，優(yōu)選的，步驟(1)中釩源和還原劑的摩爾比為1：1-2；所述混合溶液A中釩源濃度為0.05-0.2mol/L。