[发明专利]一种基于钒氧化物正极材料的锌离子电池ZIB的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于钒氧化物正极材料的锌离子电池ZIB的制备方法，首先将Zn(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O，葡萄糖和Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;溶解在去离子水中、充分混合搅拌后转移至衬有特氟龙的高压釜中，在高温下进行反应。用去离子水离心并冷冻干燥，得到Zn插层的Vsubgt;10/subgt;Osubgt;24/subgt;·12Hsubgt;2/subgt;O(ZnVOH)。将得到的ZnVOH和超级炭黑、聚偏二氟乙烯混合后涂覆在碳纸上，进行真空干燥，作为电池的正极，将金属锌片、滤纸和Zn(CFsubgt;3/subgt;SOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;溶液分别作为负极、隔膜和电解液，组装得到一个电池。本发明制备的ZIB的进行了电化学性能测试，在0.5A gsupgt;‑1/supgt;的电流密度下，能够提供571mAh gsupgt;‑1/supgt;的比容量，这是迄今为止钒氧化物系统中最高的。此外，对本发明制备的ZIB能够在2000次循环中实现89.1％的容量保持率。同时本方法操作简单、成本低廉。

技术领域

本发明属于电化学能量存储领域，涉及一种基于钒氧化物正极材料的锌离子电池ZIB的制备方法。

背景技术

水性锌离子电池(ZIB)由于它所具有的诸多优点，例如：Zn具有较高的理论容量，材料处理工艺简单，易于组装成电池使用，以及使用对环境无污染的水基电解质等，最近已引起了人们广泛的关注和研究。近年来，研究人员一直专注于高性能ZIB的开发，以便其逐渐成为实用的电池技术。在ZIB中，正极是影响ZIB整体电化学性能的成分之一，由于钒的丰富氧化态，成熟的制备工艺和高理论容量，通常被认为是有前途的ZIB正极材料之一。基于这些优点，已经有许多成功的报告显示出了使用钒氧化物体系作为ZIB正极，使制备的ZIB具有较高的比容量。

文献1“Yan M,He P,Chen Y,Wang S,Wei Q,Zhao K,Xu X,An Q,Shuang Y,ShaoY.Water-lubricated intercalation in V₂O₅·nH₂O for high-capacity and high-rateaqueous rechargeable zinc batteries[J].Advanced Materials,2018,30:1703725.”公开了一种将结构水混入钒氧化物正极材料中制备ZIB的方法，将结构水混入材料中有助于屏蔽扩散的Zn²⁺与VO₆八面体中的O^2-，从而在材料体系中Zn²⁺出现“胶合”现象，这对于提高ZIB的循环性能至关重要。但该方法制备出的ZIB在0.3A g^-1的电流密度下测试得到的比容量仅为295mAh g^-1，并且其循环性能不佳，当进行了900个循环后仅维持了最大容量的71％。

文献2“Liu,H.Zhu,B.Zhang,G.Li,H.Zhu,Y.Ren,H.Geng,Y.Yang,Q.liu,C.Li,Tuning the kinetics of zinc-ion insertion/extraction in V₂O₅ by in situpolyaniline intercalation enables improved aqueous zinc-ion storageperformance[J].Advanced Materials,2020,2001113.”公布了一种利用离子插层改性钒氧化物正极材料来制备ZIB的方法。阳离子对ZIB正极材料的插层具有双重作用：预嵌入的阳离子可通过静电相互作用帮助稳定材料的结构完整性，同时扩大用Zn²⁺存储的层间间距。但该方法制备出的ZIB在20A g^-1的电流密度下测试得到的比容量仅为197.1mA h g^-1。