[發明專利]一種堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法及應用

在審

• 申請號: 202111284998.9
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN114084906A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 余泓;王金金;杜乘風
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;B82Y40/00;B82Y30/00;H01M4/485;H01M10/36
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法及應用，以具可分解陰離子的釩鹽為反應物，以堿金屬鹽類化合物為熔融鹽，采用熔鹽法成功制得堿金屬離子插層的釩氧化物納米帶。在整個反應過程中，熔融鹽提供反應環境，低價的釩被氧化成高價的釩(氧化劑為熔融鹽中的硝酸根或大氣中的氧氣)，形成層狀釩氧化物，同時，熔融鹽中的堿金屬離子插層到生成的釩氧化物夾層中，起到穩定其層結構的作用。這種制備方法簡單、易操作且可輕易實現規模化生產。因所合成釩氧化物具有較小的尺寸、較大的比表面積以及插層堿金屬離子穩定層結構的作用，當其作為正極材料應用到鋅離子電池時，其表現出高的電化學活性、優異的倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，涉及一種堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法及應用。

背景技術

發展高效、安全、可靠的能量存儲器件是連接不連續可再生能源并使其為人類所利用的有效途經之一。相比于鋰離子電池，中性水系二次電池因其使用中性水溶液作為電解液，使其具有高的安全性和可靠性，因而備受廣泛關注。其中鋅離子電池其鋅負極具有較高的理論比容量(819mAh g^-1)以及較高的穩定性(-0.763V vs.SHE)，且其低成本、無毒性、易加工等優點使其成為了最具潛力的第二代能量存儲器件。作為鋅離子電池的正極材料，釩氧化物因其高的理論比容量、較快的反應動力學，被認為是最具有前景的鋅離子電池正極材料。

然而，釩氧化物較差的本征電子導電性以及結構穩定性制約了Zn/V_xO_y基鋅離子電池的進一步發展和實際的應用。

文獻“He P,Zhang G,Liao X,et al.Sodium ion stabilized vanadium oxidenanowire cathode for high-performance zinc-ion batteries[J].Advanced EnergyMaterials,2018,8(10):1702463.”公開了一種鋅離子電池正極材料的制備方法。該方法采用兩步水熱法合成了鈉離子穩定的釩氧化物納米線并用于鋅離子電池正極材料，但該方法耗能大、耗時長，且反應條件的自身局限性使其不能夠進行規模化生產，因此制約了其實際應用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法及應用，解決現有制備鋅離子電池正極材料釩氧化物的方法耗能大、耗時長且不利于實現規模化生產的問題，提供了一種簡單且可輕易實現批量化生產的堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法及應用。

技術方案

一種堿金屬離子插層釩氧化物納米帶的快速制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將目標堿金屬化合物鹽類原料加熱至熔點以上，使其成熔融狀態的熔鹽；

步驟2：將釩鹽迅速投入到熔鹽中，保溫時間小于10分鐘，使其充分反應；

所述釩鹽的量不超過堿金屬鹽類化合物質量的50％；

步驟3：待反應結束后，反應物自然冷卻至室溫形成固體產物；

步驟4：將步驟3所得固體產物經過洗滌，除去多余堿金屬化合物鹽類，并經過干燥，使得堿金屬離子插層到釩氧化物的層狀結構中，得到堿金屬離子插層的釩氧化物納米帶。

所述堿金屬鹽類化合物為硝酸鋰LiNO₃、硝酸鈉NaNO₃、硝酸鉀KNO₃、氯化鋰LiCl、氯化鈉NaCl、氯化鉀KCl中的一種或多種的混合。

所述釩鹽具體分解陰離子，包括但不限于氯離子、硝酸根或硫酸根。