[发明专利]一种用于水系锌离子电池的阴离子掺杂三氧化二钒正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于水系锌离子电池的阴离子掺杂三氧化二钒正极材料的制备方法，其为：将V₂O₅粉体、阴离子掺杂源试剂与碳基还原剂加入反应溶剂中，剧烈搅拌获得前驱体混合液；然后将前驱体混合液蒸发干燥至固态并研磨成粉；最后将所得粉末于惰性气氛下煅烧处理，即得到阴离子掺杂V₂O₃正极材料。本发明的制备方法工艺简单易行，可灵活调节掺入阴离子的组成和用量，简化了掺杂工艺，降低了掺杂成本；阴离子的成功掺杂提升了V₂O₃的电导率，降低了锌离子在材料内部的扩散势垒，促进锌离子在材料结构内的传输，有效地提高了V₂O₃材料在水系锌离子电池中的容量和倍率性能。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池领域，具体涉及一种用于水系锌离子电池的阴离子掺杂三氧化二钒正极材料的制备方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭及其带来的严重的环境问题，对环境友好的清洁可再生能源的开发越来越受到人们的关注。由于可再生能源难以稳定、持续地提供能源，开发高性能的储能材料与器件具有重要意义。在各种储能技术中，二次电池因为体系相对简单、储能效率相对较高而得到广泛的关注。锂离子电池自商业化以来，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能等领域。然而，锂离子电池由于存在锂资源短缺且分布不均、安全性差以及有机体系带来的毒性、环境污染等问题，使其应用于大规模储能领域受到很大制约。与基于有机电解液的电池相比，水系金属离子二次电池尤其是水系锌离子电池采用水系电解液，具有安全性高、成本低、易于装配等优点，在众多电池体系中有着诸多优势，被认为是最具有潜力和应用前景的新型电化学储能装置之一。但是，目前正极材料仍是制约锌离子电池进一步发展的重要的影响因素。

V₂O₃具有开放式的隧道结构、固有的金属性以及良好的电子转移能力，是一种极具潜力的水系锌离子电池正极材料。目前，V₂O₃材料主要采用水热或溶剂热法制备，产量低且方法相对复杂。同时，纯V₂O₃材料存在较差的导电性以及较高的锌离子排斥力等问题，导致其离子传输动力学速率迟缓，储锌能力有限。通过构筑负载碳的中空/多孔纳米结构是解决该问题的常用方法，但复杂的制备条件限制了其进一步发展。因此，开发简单的锌离子电池正极材料V₂O₃制备与改性方法十分必要。目前，制备阴离子掺杂的V₂O₃电极材料尚未见报道。

发明内容

针对现有锌离子电池正极材料V₂O₃自身存在的问题，本发明提出一种锌离子电池正极材料阴离子掺杂V₂O₃的简便制备方法，有效提升了V₂O₃正极材料在水系锌离子电池中的容量和倍率性能。

本发明采用如下技术方案：

一种用于水系锌离子电池的阴离子掺杂三氧化二钒正极材料的制备方法，其特点在于：所掺杂的阴离子为硫、氟、氯和溴离子中的至少一种，所得到的阴离子掺杂三氧化二钒正极材料在水系锌离子电池中的容量和倍率性能均得到有效提高。具体包括如下步骤：

步骤1：将市售或自制V₂O₅粉体、阴离子源试剂与碳基还原剂加入反应溶剂中，剧烈搅拌后获得前驱体混合液；

步骤2：将前驱体混合液蒸发干燥至固态，研磨成粉；

步骤3：将所得粉末于惰性气氛下煅烧处理，即得到阴离子掺杂三氧化二钒正极材料。

进一步地，步骤1中，所述碳基还原剂为葡萄糖、蔗糖、三聚氰胺、柠檬酸、草酸和抗坏血酸中的至少一种。