[发明专利]一种锌离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种十三氧化六钒/还原氧化石墨烯复合材料作锌离子电池正极材料的制备方法。首先将钒盐、还原剂溶于去离子水并置于高压反应釜中反应，将得到的产物干燥后，经过煅烧得到纯相V₆O₁₃，然后再与一定量的氧化石墨烯悬浊液反应。将干燥得到的产物进行二次煅烧得到十三氧化六钒/还原氧化石墨烯复合材料。本方法制备的复合材料，具有用时短、成本低、制备简单的优点，并且具有较高的库伦效率和循环稳定性能。制备出的二次水系锌离子电池正极材料，具有较大比表面积，这有利于锌离子的脱出和嵌入，使其具有良好的电化学储锌性能，可以作为大型储能工具有效地储存和分配能量。

技术领域

本发明属于电化学领域，也属于能源技术领域，具体涉及一种水系锌离子二次电池正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，对高性能储能设备的需求，推动了对二次电池的探索。众所周知，锂离子电池(LIBs)由于其可充电性和高能量密度而成为行业领头者。因此智能手机、电动汽车等热门行业都依赖于LIBs。随着电子设备和电动汽车的多样化，这种依赖继续以指数速度增长。因此，当今电池技术的开发者正在努力优化LIBs，以满足这些性能需求。虽然这些努力延长了各种设备的使用时间，但这也不能解决当前电池技术的关键问题：安全和成本。LIBs安全危害的主要原因与有机电解质的使用有关。有机电解质不仅毒性较大，而且在电池短路发生放热时容易引起火灾，火灾危险的风险促使人们寻找替代锂离子电池的新电池系统，其中可充电的水系电池作为安全电池的候选者受到了极大的关注。用水代替有机溶剂作为电解质介质具有重要意义，除了有提高安全性的好处外，水还具有较高的离子电导率，这有利于电池性能的提高。此外，水的使用可以降低制造过程中的成本。锌(Zn)金属被认为是一种很有前途的候选材料。不仅是锌有资源丰富、无毒、廉价等优势，而且它在水溶液中的反应活性在金属中是最小的，形式也是相对稳定的。综合以上众多优点，水系锌离子电池作为一种新型绿色环保的电池具有很好的发展前途。Jaeho Shin等人报到了混合价V₆O₁₃作为二次水系锌离子电池正极材料的电化学性质，在0.2A·g^-1的电流密度下，其可逆容量为360mAh·g^-1左右（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900083）。Lai等人的研究表明，具有层间拓展空间的V₆O₁₃·nH₂O作为可充电水系锌离子时，在0.1A·g^-1电流密度时，具有395mAh·g^-1的高可逆容量（ACS Appl Energy Mater, 2019, 3: 1988-1996）。但是纯相的V₆O₁₃材料作为二次水系锌离子电池正极存在容量衰减快和循环稳定性差的问题，制备的V₆O₁₃/还原氧化石墨烯的复合材料大大提高了循环稳定性和倍率性能。

发明内容

本发明目的是通过将十三氧化六钒与氧化石墨烯复合，经过煅烧制备出十三氧化六钒与还原氧化石墨烯复合的锌离子电池正极材料，该方法制备过程简单、流程短、产量高、原料成本低廉，可以在空气中组装电池，且安全性高、循环寿命长，同时可以提高十三氧化六钒的导电性能和循环稳定性。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种十三氧化六钒/还原氧化石墨烯复合材料作锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将钒盐、还原剂与去离子水以一定的摩尔比混合，并在20~50°C下进行剧烈地搅拌2~6h，使其形成均匀稳定的混合溶液。将混合溶液转移到反应釜并置于150~200°C烘箱中连续反应24~48h，离心反应后的混合溶液得到沉淀，再把沉淀用去离子水和乙醇交替洗涤离心若干次，然后将所得样品在60~70°C下真空干燥12~16 h；