[發明專利]一種基于釩氧化物正極材料的鋅離子電池ZIB的制備方法

有效

• 申請號: 202011194359.9
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112271342B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 樊慧慶;張明昌;潘倩;賈宇欣;張澳
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于釩氧化物正極材料的鋅離子電池ZIB的制備方法，首先將Zn(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O，葡萄糖和Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;溶解在去離子水中、充分混合攪拌后轉移至襯有特氟龍的高壓釜中，在高溫下進行反應。用去離子水離心并冷凍干燥，得到Zn插層的Vsubgt;10/subgt;Osubgt;24/subgt;·12Hsubgt;2/subgt;O(ZnVOH)。將得到的ZnVOH和超級炭黑、聚偏二氟乙烯混合后涂覆在碳紙上，進行真空干燥，作為電池的正極，將金屬鋅片、濾紙和Zn(CFsubgt;3/subgt;SOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;溶液分別作為負極、隔膜和電解液，組裝得到一個電池。本發明制備的ZIB的進行了電化學性能測試，在0.5A?gsupgt;?1/supgt;的電流密度下，能夠提供571mAh?gsupgt;?1/supgt;的比容量，這是迄今為止釩氧化物系統中最高的。此外，對本發明制備的ZIB能夠在2000次循環中實現89.1％的容量保持率。同時本方法操作簡單、成本低廉。

技術領域

本發明屬于電化學能量存儲領域，涉及一種基于釩氧化物正極材料的鋅離子電池ZIB的制備方法。

背景技術

水性鋅離子電池(ZIB)由于它所具有的諸多優點，例如：Zn具有較高的理論容量，材料處理工藝簡單，易于組裝成電池使用，以及使用對環境無污染的水基電解質等，最近已引起了人們廣泛的關注和研究。近年來，研究人員一直專注于高性能ZIB的開發，以便其逐漸成為實用的電池技術。在ZIB中，正極是影響ZIB整體電化學性能的成分之一，由于釩的豐富氧化態，成熟的制備工藝和高理論容量，通常被認為是有前途的ZIB正極材料之一。基于這些優點，已經有許多成功的報告顯示出了使用釩氧化物體系作為ZIB正極，使制備的ZIB具有較高的比容量。

文獻1“Yan?M,He?P,Chen?Y,Wang?S,Wei?Q,Zhao?K,Xu?X,An?Q,Shuang?Y,ShaoY.Water-lubricated?intercalation?in?V₂O₅·nH₂O?for?high-capacity?and?high-rateaqueous?rechargeable?zinc?batteries[J].Advanced?Materials,2018,30:1703725.”公開了一種將結構水混入釩氧化物正極材料中制備ZIB的方法，將結構水混入材料中有助于屏蔽擴散的Zn²⁺與VO₆八面體中的O^2-，從而在材料體系中Zn²⁺出現“膠合”現象，這對于提高ZIB的循環性能至關重要。但該方法制備出的ZIB在0.3A?g^-1的電流密度下測試得到的比容量僅為295mAh?g^-1，并且其循環性能不佳，當進行了900個循環后僅維持了最大容量的71％。

文獻2“Liu,H.Zhu,B.Zhang,G.Li,H.Zhu,Y.Ren,H.Geng,Y.Yang,Q.liu,C.Li,Tuning?the?kinetics?of?zinc-ion?insertion/extraction?in?V₂O₅?by?in?situpolyaniline?intercalation?enables?improved?aqueous?zinc-ion?storageperformance[J].Advanced?Materials,2020,2001113.”公布了一種利用離子插層改性釩氧化物正極材料來制備ZIB的方法。陽離子對ZIB正極材料的插層具有雙重作用：預嵌入的陽離子可通過靜電相互作用幫助穩定材料的結構完整性，同時擴大用Zn²⁺存儲的層間間距。但該方法制備出的ZIB在20A?g^-1的電流密度下測試得到的比容量僅為197.1mA?h?g^-1。