[发明专利]一种花状钡离子柱撑V2

说明书

本发明公开了一种花状钡离子柱撑V₂O₅·nH₂O正极材料及其制备方法和应用，属于微纳米材料和电化学技术领域。本发明的一种花状钡离子柱撑V₂O₅·nH₂O正极材料的制备方法，将五氧化二钒溶于过氧化氢溶液和去离子水组成的混合溶液后，向其中添加适量的钡盐并搅拌均匀，然后将上述溶液转至高温高压反应釜进行反应，最后经收集、洗涤、干燥即得花状钡离子柱撑V₂O₅·nH₂O正极材料。本发明将适量的钡离子引入V₂O₅·nH₂O层间，大大提升了其结构稳定性，将所得钡离子柱撑V₂O₅·nH₂O应用作为水系锌离子正极材料时，表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于新型二次电池技术领域，具体涉及一种钡离子柱撑V₂O₅·nH₂O正极材料及其制备方法和其在水系锌离子电池中的应用。

背景技术

目前，以有机电解液为电解质的锂离子电池凭借其高能量密度和循环稳定性等优点占据了便携式设备和电动/混合动力车辆的电源市场。然而，有限的锂资源以及易燃易爆的有机电解液带来的安全隐患等不利因素已经严重限制了锂离子电池在大规模储能中的进一步发展。因此，很多团队已将研究重心转移到了开发低成本、高能量密度的新型二次电池上(如钠、钾、锌、铝、镁离子二次电池等)。其中，水系锌离子电池因具备低成本、高能量密度、安全环保等优点引起了广泛的关注。

最近，对水系锌离子电池的研究主要是集中在开发具有高容量、高倍率以及良好循环稳定性的正极材料。目前，研究较多的正极材料有锰基材料、普鲁士蓝类似物以及钒基材料。锰基材料如MnO₂、Mn₃O₄等由于在水系电解质中容易溶解，从而导致其容量衰减较快；而普鲁士蓝类似物的可逆容量较低，不足以满足大规模储能的要求。相比之下，钒基材料除了具有资源丰富、价格低廉的优点之外，其拥有的层状结构或隧道结构也十分有利于锌离子的传输，因此其在水系锌离子电池中的应用潜力较大。

V₂O₅·nH₂O具备良好的层状结构，层内较强的共价键以及层间较弱的范德华力，使得锌离子在其层间嵌入或脱出更为容易。然而，V₂O₅·nH₂O正极材料在循环过程中结构稳定性相对较差，且其本身存在离子迁移率和电子电导率较低的不足，目前已有研究通过引入金属离子柱撑的方法来提高V₂O₅·nH₂O的结构稳定性，同时也可以进一步改善V₂O₅·nH₂O的电子电导率，进而提高其电化学性能。