[发明专利]一种通过锌离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过锌离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法。首先以商业化五氧化二钒（V₂O₅）粉体为钒源，六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）为锌源，双氧水（H₂O₂）为助溶剂，采用溶胶‑凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备Zn²⁺预嵌V₂O₅·nH₂O前驱体，然后在空气中进行退火处理，得到Zn²⁺预嵌V₂O₅·nH₂O电极材料。本发明通过Zn²⁺预嵌V₂O₅·nH₂O可以明显提高V₂O₅·nH₂O作为钠离子电池正极材料的循环稳定性和倍率性能，同时该方法还具有制备方法简单、成本低、产率高和反应条件容易控制等优点。

技术领域

本发明涉及钠离子电池正极材料的技术领域，具体涉及一种通过适量的Zn²⁺预嵌提高五氧化二钒(V₂O₅·nH₂O)电极材料储钠性能的方法。

背景技术

近年来，随着传统化石能源的快速消耗，以及其引发的能源匮乏、环境污染等问题日渐引起了人们的关注。因此，开发新型高效清洁能源势在必行，能源转换存储装置是新能源的重要载体。在众多能源转换存储装置中锂离子电池凭借其能量密度高和环境友好等优点，目前已经被广泛应用到航空航天、便携式电子设备等领域。然而单一金属锂资源的快速消耗，导致锂离子电池制作成本大大提升。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作机制，使得该电池配置和工艺可用于工业化制造，且金属钠在地壳中分布(23000ppm)远大于金属锂(17 ppm)，价格低廉，可以大大降低电池制作成本。然而，由于钠离子半径较大，嵌/脱反应过程进行缓慢，同时钠离子嵌/脱过程对电极材料结构的破坏较大，从而影响电极材料的储钠性能。因此开发高性能的电极材料是钠离子电池发展的关键。

具有典型双层结构的五氧化二钒(V₂O₅·nH₂O)因其储量丰富、容易制备和层间距大等优点，被认为是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。然而，V₂O₅·nH₂O层状结构不稳定和固有导电性差的缺点严重影响了其储钠性能。研究发现，金属阳离子预嵌能够改变材料的本征结构，提高晶体结构的稳定性和电子导电性，同时扩大和稳定离子在材料中的扩散通道，从根本上提升V₂O₅·nH₂O的储钠性能。金属锌具有氧化还原电位低、无毒和价格低廉等优点，且在电池领域(锌锰干电池/锌空气电池)已经被广泛应用和研究。因此，Zn²⁺是一种非常有研究价值的预嵌金属阳离子。

本发明提出一种采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术，将Zn²⁺预嵌入V₂O₅·nH₂O材料层间，从根本上提升电极材料自身的结构稳定性和电子导电性。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过适量的Zn²⁺预嵌提高V₂O₅·nH₂O钠离子电池正极材料的循环稳定性和大倍率充放电性能。

具体步骤为：