[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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本發明專利涉及一種[RMIM]X離子液體輔助微波輻射法原位復合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法。本發明采用[RMIM]X(陽離子R為1?烷基?3?甲基咪唑，陰離子X為氯離子、溴離子、硝酸根離子、硫酸根離子、四氟硼酸根離子或醋酸根離子中的一種或幾種)離子液體輔助微波輻射法來制備釩酸鋅納米晶/石墨烯?多壁碳納米管材料，該制備過程具有節能高效、產物結構可控性強、重現性好、成本低廉等優點；所得到的釩酸鋅納米晶/石墨烯?多壁碳納米管材料具有優異的循環穩定性為提升鋅離子電池的綜合電化學性能提供了奠定良好的基礎。

技術領域

本發明涉及鋅離子電池材料合成與應用領域，特別是一種[RMIM]X離子液體輔助微波輻射法原位復合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法。

背景技術

水系鋅離子電池是一種新型二次能源電池，采用高純金屬鋅為負極、以含有 Zn²⁺的水溶液為高電導率電解質、而正極是含鋅化合物的電池材料；在電池反應中，通過Zn²⁺在正極材料晶格中的可逆嵌入和脫出，同時在負極表面上的沉積和溶解實現化學能向電能的可逆轉化；擁有安全穩定、資源豐富、成本低、環境及好等優點，可應用到軍用和民用各個領域。但該類鋅離子二次電池需要迫切解決的關鍵關鍵問題是：比能量密度、比體積密度、比功率密度及循環穩定性距離產業化規模應用還有一定差距。更關鍵的是，鋅離子電池是正極限量的電池體系，即電池總容量取決于正極材料。目前鋅離子電池中正極材料有釩酸鹽、錳氧化物、鋅基配合物等；在上述正極材料中，金屬釩酸鹽正極材料的層狀晶體結構而具有優異倍率性能和循環穩定性等優點，得到廣泛研究。

在金屬釩酸鹽中，ZnV₂O₆由于具有可逆的離子脫嵌能力、高電化學容量及循環穩定性，是過去研究非水系和堿性(Li和Na)離子電池的主要研究材料之一(Haowen Liu，Dingguo Tang.Synthesis of ZnV₂O₆ powder and its cathodic performance forlithium secondary battery[J].Mater Chem Phys，2009，114： 656-659)。釩酸鋅微納米材料的常用合成方法有水熱(溶劑)法(Abdullah Bafaqeer， Muhammad Tahir，Nor AishahSaidina Amin.Synthesis of hierarchical ZnV₂O ₆ nanosheets with enhancedactivity and stability for visible light driven CO₂ reduction to solar fuels[J].Appl Surf Sci.，2018，435：953-962)、溶膠/凝膠法(Ruilian Tang，Yan Li，Nana Li，Dandan Han，Hui Li，Yongsheng Zhao，Chunxiao Gao，Pinwen Zhu，Xin Wang.ReversibleStructural Phase Transition in ZnV₂O₆ at High Pressures[J].J.Phys. Chem.A，2014，118：10560-10566)等。雖然所制備的ZnV₂O₆電極材料在首次電化學比容量取得可喜成果，但在批量合成高導電率微納米化復合材料仍然存在巨大挑戰。

為解決尚存關鍵科學問題，本發明提供一種[RMIM]X離子液體輔助微波輻射法原位復合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法，其以優異導電性能的石墨烯-單壁碳納米管為導電碳源材料、咪唑鹽型離子液[RMIM]X為結構導向劑、硝酸鋅和偏釩酸銨為原料，采用微波輻射法在石墨烯表面原位復合以制得釩酸鋅納米晶/石墨烯-多壁碳納米管材料。其中咪唑鹽型離子液[RMIM]X純度為90.0～99.9wt％，化學結構式如下所示：