[发明专利]一种MXene复合改性VO2

说明书

本发明公开了一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料，包括MXene纳米片与VO₂纳米棒构成的异质结构，所述异质结构为具有开口的中心球状。本发明还公开了一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料的制备方法，将MXene纳米片与VO₂纳米棒分散到去离子水中搅拌均匀，首先进行超声处理然后进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。本发明具有较高的容量、优异的倍率性能，尤其是低温下依然保持着很高的容量以及倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锌离子电池正极材料及其制备方法，特别是涉及一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池(LIBs)由于其高电压、大功率密度和长寿命已经进入市场。但是，锂离子电池拥有一些天然的缺陷，例如，锂资源短缺，锂金属昂贵，成本高。其次，锂离子电池使用的有机电解液往往带有剧毒，污染环境是一个不可忽视的问题。

为了解决上述锂离子电池的问题，许多研究者将目光转到水系电池中，锌的标准电极电势为-0.76v，金属锌的价格低，锌金属的储存丰富，且与锂相比，活泼性低，在空气中不易于水氧发生反应等等的优点，所以水系锌离子电池是水系电池中的热点，但是水系锌离子电池受到具有双价电荷的Zn²⁺缓慢动力学的困扰，因此在其中发现合适的正极材料对于水系锌离子电池的开发和商业化至关重要。

目前的水系锌离子电池的正极材料包括MnO₂晶型、锰基氧化物、普鲁士蓝类似物、金属硫化物和有机化合物等。在这些正极材料中，二氧化钒(VO₂)的价态(V³⁺、V⁴⁺、V⁵⁺)多、晶体结构多样、资源丰富和理论比容量高。VO₂具有独特的由共享边VO₆八面体形成的层状结构，可以支持锌离子的插层和脱嵌但是VO₂也有很多缺点，比如在充放电过程中电子/离子转移动力学低，结构容易崩溃。

MXene是一种新的二维(2D)过渡金属碳化物/碳氮化物，它的结构与石墨烯类似。MXene由于其优越的导电性、高比表面积和显著的化学耐久性，被广泛应用于先进的铅酸型LIBs、钠离子混合电容和锌离子电池中。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料，本发明的另一任务在于提供一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料的制备方法，改善材料的比容量、倍率性能及低温性能。

本发明技术方案是这样的：一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料，包括MXene纳米片与VO₂纳米棒构成的异质结构，所述异质结构为具有开口的中空球状。

进一步地，所述MXene纳米片与所述VO₂纳米棒的质量比为1︰5～20。

进一步地，所述MXene纳米片厚度为30～100nm，所述VO₂纳米棒的直径为20～200nm。

一种MXene复合改性VO₂的锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将MXene纳米片与VO₂纳米棒分散到去离子水中搅拌均匀，首先进行超声处理然后进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。

进一步地，所述超声处理时超声频率为20～80Hz，超声处理时间为1～8h。

进一步地，所述冻干时温度为-30～-60℃，冻干时间为24h以上。

进一步地，所述MXene纳米片与所述VO₂纳米棒的质量比为1︰5～20。