[发明专利]一种自支撑钒系石墨烯界面储锌材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种自支撑钒系石墨烯界面储锌材料及其制备方法与应用，涉及纳米材料与电化学技术领域，所述制备方法包括：将石墨烯、钒溶胶以及正丙醇混合，采用水热合成法得到二氧化钒石墨烯复合材料，再将所述二氧化钒石墨烯复合材料与碳纳米管混匀，粉碎，抽滤，得到自支撑钒系石墨烯界面储锌材料。本发明通过水热法结合抽滤，将二氧化钒亚纳米团簇和石墨烯复合，二氧化钒亚纳米团簇和石墨烯表面形成化学键连接，形成可逆嵌入锌离子的异质界面的自支撑钒系石墨烯界面储锌材料；制备出的自支撑钒系石墨烯界面储锌材料用作锌离子电池正极活性材料，表现出良好的电化学性能，倍率性能优，比容量高，循环稳定性高。

技术领域

本发明涉及纳米材料与电化学技术领域，尤其是一种自支撑钒系石墨烯界面储锌材料及其制备方法与应用。

背景技术

与锂离子电池常用的有机电解液相比，水系电解液具有更高的离子电导率、更加安全且生产成本更低廉等优势。金属锌的储量大以及无毒等特性，在水系电解液中表现出良好稳定性和高理论容量(820mAh·g^-1)，并且Zn/Zn²⁺具有-0.76V的较低氧化还原电位(相对于可逆氢电极)，有利于构筑高电压平台电池。基于水系电解液开发出的锌离子二次电池，兼具高能量密度、安全性和低成本等优势，并有望成为未来大规模储能器件的发展方向。由于锌离子在正极材料中的脱嵌引起的宿主材料元素离子价态改变和电子转移决定了电池的容量大小，因此高性能正极材料的构筑对获得高效的电池系统尤为重要。

碳基材料由于其良好的导电性、耐用性、环境友好与低成本等特点，已成为广泛商用的电极材料。但是目前大多数商用碳基电极循环性能差、比容量较低，这极大限制了高性能电池的发展。因此，亟待开发新的碳基正极材料以提高离子的利用率以及比容量和循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种利用异质界面可逆储存锌离子的二氧化钒石墨烯复合正极材料的制备方法，其制备过程操作简单，原料廉价易得，且所得材料用作锌离子电池正极活性材料表现出良好的电化学性能，可用于解决商用正极材料导电性差、比容量低等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自支撑钒系石墨烯界面储锌材料制备方法，包括：将石墨烯、钒溶胶以及正丙醇混合，采用水热合成法得到二氧化钒石墨烯复合材料，再将所述二氧化钒石墨烯复合材料与所述碳纳米管混匀，粉碎，抽滤，得到自支撑钒系石墨烯界面储锌材料。

进一步地，所述将石墨烯、钒溶胶以及正丙醇混合，采用水热合成法得到二氧化钒石墨烯复合材料包括：

将所述石墨烯与所述钒溶胶混合，加入至正丙醇溶液中得到混合溶液A，将所述混合溶液A超声处理第一时长，再水热第二时长，将得到的沉淀物洗涤，干燥，得到所述二氧化钒石墨烯复合材料。

进一步地，所述水热的加热温度在170℃至190℃范围内，所述第二时长在11小时至13小时范围内。

进一步地，所述混合溶液A中，所述石墨烯的含量在0.76mg/mL至1.29mg/mL范围内，所述钒溶胶的含量在4.49mg/mL至8.5mg/mL。

进一步地，所述将所述二氧化钒石墨烯复合材料与所述碳纳米管混匀，粉碎，抽滤，得到自支撑钒系石墨烯界面储锌材料包括：

将所述二氧化钒石墨烯复合材料与所述碳纳米管混合加入去离子水中，所述碳纳米管加入量与总体质量的质量比在28％至32％范围内，超声粉碎第三时长，抽滤至负载量达到1.9mg/cm²至2.5mg/cm²范围内，得到所述自支撑钒系石墨烯界面储锌材料。

进一步地，所述石墨烯为还原氧化石墨烯。

进一步地，所述还原氧化石墨烯的制备方法包括：