[发明专利]一种七氧化三钒锌离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种七氧化三钒锌离子电池正极材料及其制备方法。本发明提供了一种七氧化三钒锌离子电池正极材料，其特征在于，其由纳米带组装而成，其形状为纳米花状结构。本发明还提供了一种七氧化三钒锌离子电池正极材料的制备方法，包括将钒源与酸溶解于去离子水中进行微波水热反应，经冷冻干燥后得到七氧化三钒锌离子电池正极材料。本发明提供了一种七氧化三钒锌离子电池正极材料及其制备方法，解决了现有技术中纳米结构七氧化三钒形貌比较单一，且反应时间较长，消耗的能量较多，不适合运用于锌离子电池中的技术问题。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种七氧化三钒锌离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，能源的消耗量在逐步上升，石油和煤炭资源日益紧张，随之而来的是大量温室气体及有害气体的排放，造成气候变暖、酸雨增多等环境问题。同时，这些一次能源是不可再生的，这与我国的可持续发展战略是相悖的。因此，发展新能源是势在必行的。二次电池作为主要的储能设备，能实现能源高效率转换，越来越受到人们的重视，成为发展新型绿色能源的重要方面。目前应用广泛的锂离子电池虽然具有能量密度高、循环稳定、自放电效应低、循环性能好、无记忆效应等优点，但价格昂贵，且在安全方面存在严重的隐患。因此，发展价格更低廉、更安全的多价态阳离子电池是十分必要的。其中锌离子二次电池被认为是最有开发潜力的电池。因此开发出能量密度高、循环性能好、成本低廉、环境友好的锌离子二次电池具有十分重要的意义。

锌离子电池正极材料对电池的能量密度、比容量等起着决定性的作用，因此开发适合的锌离子电池正极材料是发展锌离子电池的重要方面。目前市场上主要的正极材料有MnO₂、Ag₂O₂、NiOOH等。其中，MnO₂作为锌离子电池正极材料时需要在电池中加入汞，而汞会污染水源及土壤，危害人们的身体健康。Ag₂O₂的制造成本很高，很难作为民用电池而普遍使用。NiOOH作为正极材料时在过低充电以及低电流充电时会发生析氧现象，可能会造成电池整体失效。因此，开发出性能更为优良的正极材料是很有必要的。七氧化三钒作为一种典型的过渡金属氧化物，具有比容量高、能量密度高、成本低、储量丰富、环境友好等一系列的优点，具有成为锌离子电池正极材料的潜力。

目前，制备七氧化三钒通常采用水热法、溶剂热法来制备。如中国发明专利CN105742601A公开了一种原位合成碳包覆一水合七氧化三钒纳米带的方法。该方法是将钒源和还原剂加入到反应釜中，在温度为160-260℃下，反应1-12小时，自然冷却至室温后得到沉淀物，经去离子水和无水乙醇洗涤后，在60-80℃下真空干燥10小时得到分散性较好的碳包覆一水合七氧化三钒纳米带。Hu等(Journal of Colloid and Interface Science,2018,531,382-393)介绍了一种水热法合成七氧化三钒/碳纳米管/还原氧化石墨烯复合材料的方法。该方法是将V₂O₅和H₂O₂溶解于去离子水后，加入一定量的碳纳米管和还原氧化石墨烯，然后磁力搅拌2小时，超声处理1.5小时，再加入到高温反应釜中，于180℃下反应48小时。自然冷却至室温后收集沉淀，并用去离子水洗涤。最后用冷冻干燥48小时得到七氧化三钒/碳纳米管/还原氧化石墨烯复合材料。如上所述，目前合成的纳米结构七氧化三钒形貌比较单一，且反应时间较长，消耗的能量较多，不适合运用于锌离子电池中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种七氧化三钒锌离子电池正极材料及其制备方法，解决了现有技术中纳米结构七氧化三钒形貌比较单一，且反应时间较长，消耗的能量较多，不适合运用于锌离子电池中的技术问题。

本发明提供了一种七氧化三钒锌离子电池正极材料，其由纳米带组装而成，其形状为纳米花状结构。

优选的，所述纳米花状结构的大小为5-10um。

优选的，所述纳米带的长度为2-4um。