[發(fā)明專利]一種釩類化合物電極材料的制備方法及其在水系鋅離子電池中的應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010444234.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN111640921A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王昕宇;麻力文;孫俊才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/70;H01M4/04;H01M10/36
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;劉麗媛

本發(fā)明公開了一種釩類化合物電極材料的制備方法及其在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，包括以下步驟：將釩類化合物分散于水溶劑中，在100?200℃下保持2?120小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到釩類化合物活性材料，將所得釩類化合物活性材料和導(dǎo)電粘合劑以(6?9)：(4?1)的質(zhì)量比混合制備漿料，將集流體浸入該漿料中，之后取出干燥，重復(fù)上述浸入和干燥過程10?30次，得到釩類化合物電極材料；將所得釩類化合物電極材料作為正極材料，Zn箔作為負(fù)極，與電池電解液制得水系鋅離子電池。本發(fā)明利用導(dǎo)電粘結(jié)劑和三維集流體，改善了電極的導(dǎo)電性，提高電極上活性材料的單位面積負(fù)載量，有利于提高水系鋅離子電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種釩類化合物電極材料的制備方法及其在水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們生活中對(duì)能源的需求逐漸增加。而煤、石油、天然氣等不可再生能源逐漸枯竭，且其使用產(chǎn)生了大量的污染，使得生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化。為了解決這些問題，需要開發(fā)新型清潔能源，如風(fēng)能、太陽能潮汐能等。但是這些能源是間歇性的，無法直接利用，因此需要可以大規(guī)模儲(chǔ)存這些能量的裝置。鋰離子電池作為目前生活中使用最廣泛的二次電池，其可以循環(huán)使用，同時(shí)具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、比功率和工作電壓高、能量密度高、充電快且安全等優(yōu)點(diǎn)。但由于鋰資源有限，而且鋰電池也存在一些問題：采用有機(jī)電解質(zhì)溶液，生產(chǎn)成本較高，具有安全隱患等，找尋一種資源儲(chǔ)存量豐富、對(duì)環(huán)境友好的儲(chǔ)能新體系已成為當(dāng)今新的研究熱點(diǎn)。

可充電水系電池采用水基電解質(zhì)，生產(chǎn)成本低，安全性好，有希望替代鋰離子電池成為新一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。其中，含水電解質(zhì)的使用使電池的離子電導(dǎo)率高達(dá)1S/cm，比非水系電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率(10mS/cm)高很多，有利于適應(yīng)新興應(yīng)用的快速充放電能力，其頻率調(diào)節(jié)的快速響應(yīng)平衡系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)存儲(chǔ)尤其重要。由于金屬鋅在地球資源中含量高、生產(chǎn)規(guī)模大，成本低廉、無毒性，使得水系鋅離子電池在各種水系金屬離子電池中脫穎而出。此外，鋅負(fù)極還具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：低氧化還原電位(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-0.76V)，高理論容量(820mA·h·g^-1)，優(yōu)異的水中化學(xué)穩(wěn)定性。因此，水系鋅離子電池有希望成為下一代大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的理想選擇。然而在傳統(tǒng)水系鋅離子電池電極材料的構(gòu)筑中，通過將活性材料和導(dǎo)電劑(例如乙炔黑)與非導(dǎo)電粘合劑(例如PVDF和CMC)結(jié)合，并涂覆到金屬箔集流體上。這樣存在的問題是正極中活性材料的質(zhì)量負(fù)荷不足，這極大地抑制了鋅離子電池的有效利用，因此需要開發(fā)一種新策略，提高電池電極材料單位面積負(fù)載量，改善電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，而研究設(shè)計(jì)一種釩類化合物電極材料的制備方法及其在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，來解決傳統(tǒng)水系鋅離子電池的正極活性材料的單位面積負(fù)載量不足、電池性能不足的缺點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種釩類化合物電極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將釩類化合物分散于水溶劑中，在100-200℃下保持2-120小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到釩類化合物活性材料；

S2、將所得釩類化合物活性材料和導(dǎo)電粘合劑以(6-9)：(4-1)的質(zhì)量比混合制備漿料，將三維集流體浸入該漿料中，之后取出干燥，重復(fù)上述浸入和干燥過程10-30次，得到釩類化合物電極材料。

優(yōu)選地，步驟S1中，釩類化合物為五氧化二釩、二氧化釩和釩青銅類化合物中的一種或兩種以上。

優(yōu)選地，步驟S1中，干燥方式為冷凍干燥、鼓風(fēng)干燥或自然晾干。

優(yōu)選地，步驟S2中，導(dǎo)電粘結(jié)劑為3,4-乙基二氧噻吩、苯乙烯磺酸鹽、導(dǎo)電的聚(9,9-二辛基芴-芴酮-苯甲酸甲酯)、聚苯胺、聚吡咯和聚苯胺-聚氧化乙烯中的一種或兩種以上。

優(yōu)選地，步驟S2中，集流體為三維集流體。