[發明專利]一種[RMIM]X離子液體輔助微波輻射法原位復合ZnV2

有效

• 申請號: 202010792965.4
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111933931B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 孫嬿;李春生;付俊龍;金奕;吳海濤
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/36;B82Y30/00;B82Y40/00
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1.一種咪唑型離子液體輔助微波輻射法原位復合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法，其以具有優異導電性能的石墨烯-單壁碳納米管為導電碳材料、1-丁基-3-甲基溴化咪唑[BMIM]Br、硝酸鋅及偏釩酸銨為原料，采用微波輻射法合成釩酸鋅納米晶/石墨烯-多壁碳納米管材料，該材料應用于鋅離子電池的正極材料，具體步驟如下：

第一、稱取0.1000～2.0000g石墨烯-多壁碳納米管的導電碳材料，并與50mL蒸餾水充分混合后，轉移到200mL石英圓底燒瓶容器中；隨后再添加0.2000g[BMIM]Br離子液體，室溫25℃攪拌1小時至形成均勻懸濁液a；該步驟中，所述的石墨烯-多壁碳納米管材料的比表面積為1200～1800m²/g，該碳材料是由相互交聯的石墨烯超薄納米片交織而成，且納米片之間的層間距為0.37納米，且在石墨烯表面原位鑲嵌了長度10～20微米、直徑3～5納米的單壁碳納米管；

第二、將上述懸濁液a組裝到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應器的輻射功率在600～1200瓦，設備加熱溫度調控范圍80～100℃，微波輻射反應1小時，獲得懸濁液b；此操作的目的是在微波反應過程中將[BMIM]Br離子液體充分吸附于石墨烯-多壁碳納米管各個暴露面；

第三、在第二步所得的懸濁液b中，加入0.5850g偏釩酸銨NH₄VO₃固體粉末，常溫攪拌1小時直至獲得溶解徹底的溶液，形成懸濁液c；然后將其再次轉移到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應釜的反應功率設定為600～1200瓦，內部溫度設定為80～100℃，微波反應加熱5min，即得吸附釩酸根的石墨烯混合懸濁液d；這第二次微波作用的創新性是將釩酸根在[BMIM]Br離子液體充分吸附于石墨烯-多壁碳納米管的外表面，便于ZnV₂O₆在進一步合成反應中伴隨著石墨烯暴露面附著原位復合特定晶面生長；

第四、在第三步所述懸濁液d中，加入濃度0.20mol/L的50mL硝酸鋅溶液，室溫下以50rpm速度攪拌20分鐘，再將其轉移到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應釜加熱功率設定為600～1200瓦，反應的溫度調控為80～100℃，微波輻射加熱4～10小時，反應溶液經緩慢冷卻到室溫，獲得黑色團聚懸濁液e；將其用蒸餾水洗滌5次并用乙醇潤洗2次，置于80℃恒溫干燥箱中加熱24小時；得到絕干的黑色固體絮狀粉末即為釩酸鋅納米晶/石墨烯-多壁碳納米管電極材料；經X射線衍射測試表明：該材料中的無機材料物相為單斜相m-ZnV₂O₆，ICDD-JCPDS卡片號對應No.74-1262，空間點群：C2(No.5)，其晶胞參數指數為及β＝111.55°；經掃描電子顯微鏡SEM形貌測試證明：m-ZnV₂O₆納米晶的直徑為40～80納米，其原位鑲嵌在石墨烯-多壁碳納米管表面；通過HRTEM測試表證m-ZnV₂O₆納米晶暴露的晶面是[010]方向；

第五、將正極殼、彈片、墊片、正極活性物質、隔膜、負極活性材料和負極殼組裝成扣式CR2032電池，其中正極活性物質同墊片、彈片及正極殼連接，而負極金屬鋅片與CR2032的負極殼充分接觸，在正極與負極之間的PE隔膜浸潤濃度為0.1～0.5mol/L的硫酸鋅水系電解液；所述正極極片是由質量比為8∶1∶1的釩酸鋅納米晶/石墨烯-多壁碳納米管電池材料、聚偏二氟乙烯粉末、SP導電炭黑勻漿，溶劑為電池級N-甲基吡咯烷酮，將上述粉末持續勻漿2小時得到黑色膏體，再將膏體涂敷在厚度為25微米的鋁箔表面，將極片放于真空干燥箱120℃恒溫干燥10～24小時，獲得絕干極片；負極活性材料選用高純鋅箔；組裝后的鋅離子電池在恒電流充放電設備上測試材料的比容量和容量保持率。