[發明專利]一種基于釩氧化物的鋅離子電池ZIB正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011194413.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112271288A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 樊慧慶;張明昌;賈宇欣;張澳;潘倩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/38
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于釩氧化物的鋅離子電池ZIB正極材料的制備方法，利用材料框架中大量的結構水，將Zn²⁺插到V₁₀O₂₄·12H₂O中，所述方法包括如下步驟：首先將Zn(NO₃)₂·6H₂O，葡萄糖和V₂O₅溶解在去離子水中充分混合，攪拌。之后，將混合溶液裝在襯有特氟龍的高壓釜中，并在高溫下進行反應。最后，用去離子水離心并冷凍干燥，得到Zn插層的V₁₀O₂₄·12H₂O(ZnVOH)。本發明的ZnVOH中Zn²⁺的含量是很高的，由于結構水的潤滑作用和Zn²⁺存儲位置的增加，以本發明作為正極材料制備的電池，能夠提供571mAh g^?1的比容量，這是已公開的釩氧化物系統中最高的，此外，以ZnVOH為正極的電池還具有出色的循環性能，能夠在5A g^?1的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的鋅離子電池ZIB正極材料的制備方法。

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，為了使其逐漸替代電池技術。由于正極是可影響ZIB整體電化學性能的成分之一，因此在開發和增強ZIB正極材料方面投入了巨大的精力。釩氧化物通常被認為是有前途的ZIB正極材料之一，這是由于釩的豐富氧化態，成熟的制備工藝和高的理論容量。基于這些優點，已經有許多使用釩氧化物體系作為ZIB正極，使得ZIB具有較高的比容量的成功的報導。

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材料中制備ZIB的正極材料的方法，由于二價Zn²⁺可以通過強大的靜電力附著在VO₆八面體的O²⁺上，從而在材料體系中Zn²⁺出現“膠合”現象，這會導致未處理的釩氧化物中的容量迅速下降。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-，這對于提高材料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％。