[發明專利]一種VS4

在審

• 申請號: 202110303802.X
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113130863A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李星;陳凱建;張磊磊;代書閣;單崇新
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;C01B32/182
• 代理公司: 鄭州慧廣知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41160
• 代理人: 付曉利

本發明提出了一種VS₄/rGO復合材料及其制備方法、鋅離子電池中的應用，VS₄/rGO復合材料包括以下步驟：將氧化石墨烯分散于去離子水中形成氧化石墨烯溶液；按照摩爾比釩源：硫源＝0.6?1.2：0.6?1.5的比例，將釩源和硫源溶于氧化石墨烯溶液中，攪拌形成均一的預混溶液；攪拌下向預混溶液中滴加氨水，直至溶液pH＝9，得到混合溶液；將混合溶液在140?200℃的溫度下反應24?48小時；待反應完成，冷卻到室溫后，將所得產物清洗冷凍干燥，得到四硫化釩納米顆粒/三維石墨烯(VS₄/rGO)復合材料。本發明制備的VS₄/rGO復合正極材料，應用于水系鋅離子電池中，顯著提升了其容量、倍率性能及循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋅離子電池電極材料技術領域，特別是指一種VS₄/rGO復合材料及其制備方法、鋅離子電池中的應用。

背景技術

化石燃料枯竭和環境污染等問題的日益凸顯使得綠色新能源技術的開發備受關注。可充電電池由于壽命長，能效高和維護簡單等優勢已在電子設備及電動汽車等領域廣泛應用。鑒于鋰離子電池所體現出的安全及高成本等問題，具有低成本、高安全性、環境友好及高功率等優勢的水系鋅離子電池已逐漸受到研究關注。然而，目前鋅離子電池較多使用的錳基及普魯士藍正極材料雖然具有高能量密度，但錳在電解質中的溶解會顯著影響其倍率性能和穩定性；同時鋅離子在電解質中擴散受限也造成容量低及衰減等問題，這極大的限制了其大規模應用。因此對具有優異電化學性能正極材料的設計制備技術仍待發展。

鑒于釩的多價態和多型性，釩基化合物可具有優異的電化學性能，這為水系鋅離子電池正極材料的發展提供了新方向。但目前所研究的釩基正極材料如五氧化二釩，二氧化釩等材料存在容量低、材料結構不穩定、倍率性能及循環穩定性較差等問題。作為過渡金屬硫化物，四硫化釩(VS₄)由于鏈間距大及含硫量高等特征而有望促進鋅離子的嵌入/脫嵌過程；鏈間弱相互作用也可同時促進其電荷傳輸動力學過程。因此，設計并制備基于VS₄的正極材料將有望進一步提高水系鋅離子電池的容量及循環穩定性。

CN109888223A公開了一種四硫化釩@還原氧化石墨烯復合粉體的制備方法，VS₄在氧化石墨烯表面均勻成核，并依托其生長，同時氧化石墨烯在水熱條件下被還原為還原氧化石墨烯并且變得很薄，從而形成VS₄彎曲納米棒原位平鋪于還原氧化石墨烯表面的復合結構，該結構中VS₄的比表面積有限，會在一定程度上限制電極材料與電解液的接觸面積，影響電池整體的電荷轉移和離子傳輸。

CN108598432A公開了一種用于鈉離子電池電極的四硫化釩/石墨烯復合材料的制備方法，使四硫化釩生長在層狀石墨烯模板上或者用石墨烯包覆四硫化釩顆粒，形成穩定的固體電解質界面膜，在0.02A·g^-1電流下循環50圈后循環保持率為60％，存在循環保持率較低，長期穩定性較差等問題。

發明內容

針對水系鋅離子電池存在的容量低、倍率性能差、循環穩定性差等問題，本發明開發了一種具有簡單及低成本特點的一步水熱合成法，通過將具有高機械性能、高導電性及三維結構的還原性氧化石墨烯(rGO)與具有高含硫量、多活性位點的四硫化釩(VS₄)復合，制備了一種具有優異電化學性能的VS₄/rGO復合正極材料，并將其應用于水系鋅離子電池中，顯著提升了其容量、倍率性能及循環穩定性。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種VS₄/rGO復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將氧化石墨烯分散于去離子水中形成氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯水溶液的濃度為0.5-5mol/ml；

步驟2、按照摩爾比釩源：硫源＝(0.6-1.2)：(0.6-1.5)的比例，將釩源和硫源溶于氧化石墨烯溶液中，攪拌形成均一的預混溶液；