[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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本發明涉及一種鋅離子電池中離子液體輔助原位復合特定晶面生長ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;/GN?SWCNTS材料的方法。此方法以高比表面積石墨烯/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，采用離子液體輔助微波輻射法在石墨烯表面原位復合特定晶面生長ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;納米棒，該納米棒直徑為40～80nm、長度為20～30um。離子液體輔助微波輻射法具有復合材料表面附著均勻，操作簡單，反應時間短，高效節能，實驗參數易調控的優點，通過該方法制備的ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;納米復合電極材料比面積高、導電性佳，其作為鋅離子電池中正極材料展現出良好儲鋅性能，為提升鋅離子電池的綜合電化學性能提供良好的技術基礎和實踐經驗。

技術領域

本發明涉及納米材料制備及應用領域，特別是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。

背景技術

近年來，隨著智能電網、電動汽車的飛速發展及人類對太陽能、風能、潮汐能、地熱能等間歇性可再生能源的日益青睞，大規模儲能電站的開發勢在必行。鋅離子電池作為新型二次電池，不僅具備優良的電化學性能潛力，還兼顧價格低廉、環保友好、資源豐富等社會經濟評價指標，是下一代大規模儲能技術的理想選擇之一。鋅離子電池中負極使用高純金屬鋅、電解液為含Zn²⁺的水溶液，正極材料可選用釩基化合物、錳基化合物、普魯士藍類似物等含鋅化合物。在鋅離子電池內部，Zn²⁺在正極材料中可逆快速嵌入和脫出，并實現Zn²⁺在含Zn²⁺電解液中高效的沉積和溶解而完成充放電工序，最終滿足能量儲存與轉化的應用需求。值得關注的是，ZnV₂O₆作為鋅離子電池中正極材料具有良好的結構穩定性，在電化學儲能容量和離子可逆脫嵌能力方面表現優異；但其本體材料比表面積低、導電性差等特性導致實際鋅離子電池比容量偏低、循環穩定性差的突出問題。因此，正極材料ZnV₂O₆導電率優化和小尺寸化是增強材料儲鋅能力，改善鋅離子電池綜合電化學性能的重要途徑(Y.Sun，C.S.Li，Q.R.Yang，S.L.Chou，H.K.Liu，Electrochim.Acta.，2016，205，62-69)。

就鋅離子電池的ZnV₂O₆正極材料而言，常用合成方法有水熱(溶劑)法、高溫固相法等、光催化法、沉積法等(A.Bafaqeer，M.Tahir，N.A.S.Amin，J.Appl.Catal.B-Enviro.，2019，242，312-326；Y.Sun，C.S.Li，L.N.Wang，Y.Z.Wang，X.G.Ma，P.J.Ma，M.Y.Song，RSCAdv.，2012，2，8110-8115；A.Bafaqeer，M.Tahir，N.A.S.Amin，J.Appl.Surf.Sci.，2018，435，953-962)。但是傳統工藝在快速合成尺寸均勻，形貌規整的ZnV₂O₆納米材料方面還存在一定的科學和技術難度。值得研究的是用離子液體輔助微波輻射法，在高效可控制備納米材料方面具有明顯優勢，微波輻射可快速傳熱，使ZnV₂O₆在電磁場中因介質損耗而產生介電熱效應，從而加速成核反應，縮短反應陳化時間，提高復合材料原位合成效率；通過對離子液體及反應體系參數的連續調節，可實現對納米晶的維度、負載量、尺寸、表面性質進行有效調控，為該納米材料的合成和應用性能優化提供新的研究思路。