[發明專利]一種自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110275808.0
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113066973A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 麥立強;李景昊;戴宇航;羅雯
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/36
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明提供了一種自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料及其制備方法與應用，涉及納米材料與電化學技術領域，所述制備方法包括：將石墨烯、釩溶膠以及正丙醇混合，采用水熱合成法得到二氧化釩石墨烯復合材料，再將所述二氧化釩石墨烯復合材料與碳納米管混勻，粉碎，抽濾，得到自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料。本發明通過水熱法結合抽濾，將二氧化釩亞納米團簇和石墨烯復合，二氧化釩亞納米團簇和石墨烯表面形成化學鍵連接，形成可逆嵌入鋅離子的異質界面的自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料；制備出的自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料用作鋅離子電池正極活性材料，表現出良好的電化學性能，倍率性能優，比容量高，循環穩定性高。

技術領域

本發明涉及納米材料與電化學技術領域，尤其是一種自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料及其制備方法與應用。

背景技術

與鋰離子電池常用的有機電解液相比，水系電解液具有更高的離子電導率、更加安全且生產成本更低廉等優勢。金屬鋅的儲量大以及無毒等特性，在水系電解液中表現出良好穩定性和高理論容量(820mAh·g^-1)，并且Zn/Zn²⁺具有-0.76V的較低氧化還原電位(相對于可逆氫電極)，有利于構筑高電壓平臺電池。基于水系電解液開發出的鋅離子二次電池，兼具高能量密度、安全性和低成本等優勢，并有望成為未來大規模儲能器件的發展方向。由于鋅離子在正極材料中的脫嵌引起的宿主材料元素離子價態改變和電子轉移決定了電池的容量大小，因此高性能正極材料的構筑對獲得高效的電池系統尤為重要。

碳基材料由于其良好的導電性、耐用性、環境友好與低成本等特點，已成為廣泛商用的電極材料。但是目前大多數商用碳基電極循環性能差、比容量較低，這極大限制了高性能電池的發展。因此，亟待開發新的碳基正極材料以提高離子的利用率以及比容量和循環性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種利用異質界面可逆儲存鋅離子的二氧化釩石墨烯復合正極材料的制備方法，其制備過程操作簡單，原料廉價易得，且所得材料用作鋅離子電池正極活性材料表現出良好的電化學性能，可用于解決商用正極材料導電性差、比容量低等問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料制備方法，包括：將石墨烯、釩溶膠以及正丙醇混合，采用水熱合成法得到二氧化釩石墨烯復合材料，再將所述二氧化釩石墨烯復合材料與所述碳納米管混勻，粉碎，抽濾，得到自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料。

進一步地，所述將石墨烯、釩溶膠以及正丙醇混合，采用水熱合成法得到二氧化釩石墨烯復合材料包括：

將所述石墨烯與所述釩溶膠混合，加入至正丙醇溶液中得到混合溶液A，將所述混合溶液A超聲處理第一時長，再水熱第二時長，將得到的沉淀物洗滌，干燥，得到所述二氧化釩石墨烯復合材料。

進一步地，所述水熱的加熱溫度在170℃至190℃范圍內，所述第二時長在11小時至13小時范圍內。

進一步地，所述混合溶液A中，所述石墨烯的含量在0.76mg/mL至1.29mg/mL范圍內，所述釩溶膠的含量在4.49mg/mL至8.5mg/mL。

進一步地，所述將所述二氧化釩石墨烯復合材料與所述碳納米管混勻，粉碎，抽濾，得到自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料包括：

將所述二氧化釩石墨烯復合材料與所述碳納米管混合加入去離子水中，所述碳納米管加入量與總體質量的質量比在28％至32％范圍內，超聲粉碎第三時長，抽濾至負載量達到1.9mg/cm²至2.5mg/cm²范圍內，得到所述自支撐釩系石墨烯界面儲鋅材料。

進一步地，所述石墨烯為還原氧化石墨烯。

進一步地，所述還原氧化石墨烯的制備方法包括：