[發明專利]一種鋅離子電池中原位復合特定晶面生長ZnV2

有效

• 申請號: 202010793424.3
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111933932B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 孫嬿;楊晨;李春生;金奕;付俊龍;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;C30B29/22;C30B29/60;C30B28/04;C30B7/14
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1.一種鋅離子電池中原位復合特定晶面生長ZnV₂O₆/GN-SWCNTS材料的方法，其以高比表面積石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管材料、三己基十四烷基氯化膦[P6，6，6，14][Cl]離子液體、硝酸鋅及偏釩酸銨為原料，采用微波輻射法在石墨烯表面原位復合特定晶面生長的ZnV₂O₆納米棒，該材料能夠作為鋅離子電池正極材料；包括以下步驟：

第一、為提高材料的導電性能，在實驗過程中添加了導電碳材料；碳材料是高比表面積石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管材料，該材料的比表面積是1200～1800m²/g，石墨烯超薄納米片是由相互交聯的層間距0.37nm的石墨烯納米片組裝而成，石墨烯超薄納米片表面鑲嵌了直徑3～5nm的單壁碳納米管，使得該碳材料微觀上組成三明治結構；

第二、在室溫環境下，稱量0.1000～1.0000g石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管材料，加入到50ml蒸餾水中；再加入0.2000g[P6，6，6，14][Cl]離子液體分析純原料，充分攪拌1小時，形成均一懸濁液a；

第三、將第二步得到的懸濁液a轉移到200ml石英圓底燒瓶中，再組裝到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應溫度控制在80～100℃，設備功率調節在500～1200瓦，加熱時間為1小時，得到懸濁液b；在此步驟中，在微波場作用下將石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管表面有效吸附離子液體，為后續原位一維納米材料導向生長提供實驗條件；

第四、在上述吸附后懸濁液b中，添加0.5850g?NH₄VO₃偏釩酸銨固體，攪拌1小時至完全溶解，形成懸濁液c；將此第四步獲得的懸濁液c再次轉移到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應溫度控制在80～100℃，設備功率調節在500～1200瓦，加熱時間為10min，所得二次吸附的懸濁液d；在此二次微波反應步驟中，釩酸根在[P6，6，6，14][Cl]中含膦基官能團的離子液體于微波輻射作用下進一步吸附在石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管的表面，利于在下步反應過程中沿著特定晶面有序晶體生長；

第五、在上述吸附后懸濁液d中，添加溶液體積50ml、摩爾濃度為0.20mol/L硝酸鋅溶液，充分攪拌20分鐘，繼續轉移到帶有回流裝置的常壓微波反應器中，反應溫度控制在80～100℃，設備加熱功率調節在500～1200瓦，加熱時間為8小時，得到黑色團聚懸濁液e，將所得懸濁液e經緩慢冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌4次、用乙醇潤洗1次，放置80℃真空干燥箱中烘干24小時；干燥后的黑色固體樣品：釩酸鋅納米棒/石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管；經X射線衍射測試表明：該材料的物相為單斜相m-ZnV₂O₆，對應晶胞參數為及β＝111.55°，空間點群：C2?No.5，物相對應ICDD-JCPDS卡片號為No.74-1262；SEM測試表明：m-ZnV₂O₆納米棒的直徑為40～80nm，長度20～30微米，其原位鑲嵌在石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管表面；經過HRTEM分析測試表明m-ZnV₂O₆納米棒的生長方向是沿著[010]方向優勢生長；

第六、為測試釩酸鋅納米棒/石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管在鋅離子電池中的儲能性能，將其組裝成CR2032扣式電池；工作電極由釩酸鋅納米棒/石墨烯超薄納米片/單壁碳納米管電池材料、SP導電炭黑、聚偏二氟乙烯粉末按照重量比8∶1∶1配方攪拌均勻，分散溶劑為N-甲基吡咯烷酮，攪拌2小時后成均勻膏體；均勻涂敷在高純鋁箔上，經120℃真空干燥箱烘干后12小時后得到電極片；水系電解液為0.5mol/L的ZnSO₄溶液；對電極是純度為99.99％的金屬鋅片；進行0.1C恒流充放電性能測試和循環穩定性測試。