[發(fā)明專利]一種水系鋅離子電池高性能可量產(chǎn)釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310006296.7
• 申請(qǐng)日: 2023-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN115832273A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐暉;蔣亞琴;劉地翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48;H01M4/04;H01M10/36;C01G31/02;H01M4/02
• 代理公司: 南京智造力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32382
• 代理人: 石曉花

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種水系鋅離子電池高性能可量產(chǎn)釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料的制備方法。本發(fā)明首先通過低溫?zé)峤獯笠?guī)模制備釩氧化物塊體，其為層狀結(jié)構(gòu)，表面覆蓋鱗片狀物質(zhì)；然后對(duì)釩氧化物塊體進(jìn)行等離子體處理，刻蝕掉其表面的鱗片狀物質(zhì)，同時(shí)等離子體在塊體的淺表層中引入缺陷、增大其層間距；最后，將等離子體處理后的樣品分散在溶劑中，用超聲波將其剝離成釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水系鋅離子電池高性能可量產(chǎn)釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的鋰離子電池安全性差、成本高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。由于使用水系電解液和鋅負(fù)極，水系鋅離子電池具有更好的安全性和更低的成本，成為未來固定能源存儲(chǔ)的理想設(shè)備。然而，缺乏高性能可量產(chǎn)的正極材料制約了水系鋅離子電池的發(fā)展。近年來，通過構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高電極材料的性能已被廣泛證實(shí)可行。得益于獨(dú)特的界面效應(yīng)和反應(yīng)機(jī)制，異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極往往具有更高的比容量、更好的循環(huán)性能和更快的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

盡管異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有上述優(yōu)勢(shì)，但由于不同組元材料的晶體結(jié)構(gòu)不同、界面性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)制各異、以及形貌等因素影響，構(gòu)筑高性能異質(zhì)結(jié)構(gòu)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。此外，現(xiàn)有的制備方法(如化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、機(jī)械/化學(xué)剝離、多步濕法化學(xué)反應(yīng)等)能耗高、周期長(zhǎng)、且產(chǎn)量低，極大限制了異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的高效制備及其在水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種水系鋅離子電池高性能可量產(chǎn)釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料的制備方法。本發(fā)明中，首先通過低溫?zé)峤獯笠?guī)模制備釩氧化物塊體，其為層狀結(jié)構(gòu)，表面覆蓋鱗片狀物質(zhì)；然后對(duì)釩氧化物塊體進(jìn)行等離子體處理，刻蝕掉其表面的鱗片狀物質(zhì)，同時(shí)等離子體在塊體的淺表層中引入缺陷、增大其層間距；最后，將等離子體處理后的樣品分散在溶劑中，用超聲波將其剝離成釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片。

本發(fā)明中提供了一種水系鋅離子電池高性能可量產(chǎn)釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將偏釩酸銨置于管式爐中，在惰性氣氛下熱解，得到釩氧化物塊體；

(2)將步驟(1)所得的釩氧化物塊體粉末平鋪在器皿中，進(jìn)行一次等離子體處理，然后將粉末取出搖晃均勻后，進(jìn)行二次等離子體處理；

(3)將步驟(2)等離子體處理后的樣品分散在溶劑中，置于超聲波儀器內(nèi)進(jìn)行超聲剝離，得到的沉淀物經(jīng)干燥后，即為釩氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)正極材料。

步驟(1)中，所述惰性氣氛為氮?dú)狻鍤饣驓鍤浠旌蠚猓瑹峤鉁囟葹?00～500℃，升溫速率為1～10℃/分鐘，加熱時(shí)間為1～8小時(shí)。

步驟(2)中，兩次等離子體處理的功率均為100～300瓦，每次處理時(shí)間均為10～60分鐘。

步驟(3)中，所述溶劑為水、有機(jī)溶劑，或者水與有機(jī)溶劑的混合溶液。

步驟(3)中，超聲的功率大于150瓦，超聲時(shí)間不小于0.5小時(shí)。

步驟(3)中，所述干燥的條件為-90～-50℃下冷凍干燥。