[发明专利]一种Cu2

说明书

本发明涉及一种Cu₂V₂O₇纳米棒钾离子电池正极材料、钾离子电池及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：S1：将硫酸铜溶液作为菲林试剂A；氢氧化钠和酒石酸钾钠的混合溶液作为菲林试剂B；还原性糖溶液作为菲林试剂C；S2：将菲林试剂A、菲林试剂B和菲林试剂C混合，水热反应，抽滤洗涤，干燥得氧化亚铜Cu₂O纳米线前驱体；S3：将钒源和氧化亚铜Cu₂O纳米线前驱体溶于溶剂中分散均匀，蒸干溶剂得混合材料；S4：将混合材料煅烧即得所述Cu₂V₂O₇纳米棒钾离子电池正极材料。本发明提供的制备方法工艺简单，成本低廉；制备得到的Cu₂V₂O₇纳米棒具有较高的容量，较快的动力学速度及较佳的循环性能，电化学性能较为优异。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种Cu₂V₂O₇纳米棒钾离子电池正极材料、钾离子电池及其制备方法。

背景技术

现代社会的快速发展，加快了对可靠、经济的储能系统的研究。近年来，可充电锂离子电池在便携式电子设备和汽车电气化领域得到了广泛的应用。尽管锂离子电池取得了巨大的成功，但由于其稀缺性和地域的不均匀性，其广泛应用受到了严重的限制。因此，寻找锂离子电池的替代品受到了极大的关注。

因此，钠离子电池以其低廉的成本和丰富的钠资源而备受关注。大量的研究工作集中在为可充电钠离子电池寻找合适的电极材料和电解质，这些材料和电解质目前还没有商业化。做为碱性金属元素之一，钾的理化性质与钠相似，钾的地球丰度与钠相当。此外，K⁺/K在水溶液和非水溶液电解质中的还原电位均低于 Na⁺/Na。这些表明，随着钠离子电池的发展，开发可充电钾离子电池是可行的。然而，在过去的几十年里，钾离子电池的开发严重滞后。近年来，石墨阳极在钾离子存储方面的成功应用，促进了钾离子电池的研究。另一方面，钾离子电池阴极材料的开发极具挑战性，主要是因为很难找到合适的基体材料来容纳原子半径较大钾离子，使材料具有相对稳定电化学循环性能。

为了实现实用的可充电钾离子电池，开发低成本、电化学性能良好的新型阴极材料至关重要。在各种类型的阴极材料中，过渡金属氧化物以其优异的储能性能被广泛应用于锂离子电池和钠离子电池中。然而，用于钾离子电池过渡金属氧化物的研究非常匮乏，K离子插入氧化物的尺寸较大，往往导致容量低、动力学慢。

在过去的几十年里，钒氧化物和钒酸盐由于其结构多样、价态多样、电化学活性突出、比容性高等特点，作为锂和纳的阴极材料受到了广泛的关注。

因此，开发一种容量高，动力学快的钒氧化物或钒酸盐作为里或钠的阴极材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钾离子电池过渡金属氧化物容量低、动力学慢的缺陷，提供一种Cu₂V₂O₇纳米棒钾离子电池正极材料的制备方法。本发明首先通过调控水热反应的温度和时间，进而调控氧化亚铜的生长，使得制备得到的氧化亚铜Cu₂O呈纳米线状，然后对煅烧条件进行优化得到Cu₂V₂O₇纳米棒。该 Cu₂V₂O₇纳米棒具有均匀良好的纳米结构，纳米棒活化能较低，钾离子插入扩散途径较短；且纳米棒比表面积比体粒子大得多，使得纳米棒与电解质有效接触。 Cu₂V₂O₇纳米棒与电解质之间的这种表面/界面特性降低了电极的极化，从而提高了其电化学性能。