[发明专利]一种基于钒氧化物的锌离子电池ZIB正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于钒氧化物的锌离子电池ZIB正极材料的制备方法，利用材料框架中大量的结构水，将Zn²⁺插到V₁₀O₂₄·12H₂O中，所述方法包括如下步骤：首先将Zn(NO₃)₂·6H₂O，葡萄糖和V₂O₅溶解在去离子水中充分混合，搅拌。之后，将混合溶液装在衬有特氟龙的高压釜中，并在高温下进行反应。最后，用去离子水离心并冷冻干燥，得到Zn插层的V₁₀O₂₄·12H₂O(ZnVOH)。本发明的ZnVOH中Zn²⁺的含量是很高的，由于结构水的润滑作用和Zn²⁺存储位置的增加，以本发明作为正极材料制备的电池，能够提供571mAh g^‑1的比容量，这是已公开的钒氧化物系统中最高的，此外，以ZnVOH为正极的电池还具有出色的循环性能，能够在5A g^‑1的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的锌离子电池ZIB正极材料的制备方法。

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，为了使其逐渐替代电池技术。由于正极是可影响ZIB整体电化学性能的成分之一，因此在开发和增强ZIB正极材料方面投入了巨大的精力。钒氧化物通常被认为是有前途的ZIB正极材料之一，这是由于钒的丰富氧化态，成熟的制备工艺和高的理论容量。基于这些优点，已经有许多使用钒氧化物体系作为ZIB正极，使得ZIB具有较高的比容量的成功的报导。

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材料中制备ZIB的正极材料的方法，由于二价Zn²⁺可以通过强大的静电力附着在VO₆八面体的O²⁺上，从而在材料体系中Zn²⁺出现“胶合”现象，这会导致未处理的钒氧化物中的容量迅速下降。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-，这对于提高材料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％。