[发明专利]一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用，复合材料由多孔五氧化二钒纳米片原位生长在层状石墨烯表面及层间构成，其制备方法是：将钒源和对苯二甲酸与石墨烯分散液混合均匀后，转入至高压反应釜内进行溶剂热反应，得到V‑MOF@石墨烯前驱体；将V‑MOF@石墨烯前驱体进行热解处理，即得电导率良好、结构稳定性高和电化学活性高的石墨烯负载五氧化二钒复合材料，将其作为水系锌离子电池的正极活性材料使用，获得的水系锌离子电池具有优异的循环性能和超高的可逆比容量。

技术领域

本发明涉及一种水系锌离子电池正极材料，具体涉及一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料，还涉及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用，属于新能源电池技术领域。

背景技术

随着人类社会对大功率设备日益增长的需求，开发清洁、先进、可再生能源系统显得迫在眉睫。锂离子电池凭借其高能量密度和长循环寿命等优点而占据了大部分二次电子设备市场，然而，安全隐患问题和高成本问题严重限制了锂离子电池在大型储能系统中的应用。近年来，低成本、安全性高的水系电池受到了广泛的关注。水系锌离子电池凭借着安全性高、成本低廉、理论比容量高(约为820mAh g^-1)以及合适的Zn/Zn²⁺电极电势(-0.763Vvs.氢标电势)等突出优势，而被认为是最具潜力的锂离子电池替代品。在水系锌离子电池体系中，正极材料的选择需要保证锌离子能够可逆脱嵌于材料晶体结构中，对电池体系的性能具有决定性影响，因此，设计高性能水系锌离子电池正极材料已成为当前研究的热点。

五氧化二钒因其较高的理论比容量(589mAh g^-1)和可允许锌离子可逆脱嵌的层状结构，成为了一种备受关注的水系锌离子电池正极材料，然而，V₂O₅的导电性较差使其电池性能受到了限制，目前有报道，将V₂O₅与碳纳米管(CNTs)、还原氧化石墨烯(rGO)等高电导材料进行复合可以显著改善V₂O₅本身的电子电导率和离子电导率，实现快速的离子扩散动力学与倍率性能，但目前实现V₂O₅与石墨烯复合的方法难以将V₂O₅稳定结合在石墨烯等高导电材料上，从而影响其循环稳定性。

发明内容

针对现有技术中五氧化二钒正极材料存在的电导率低、循环稳定性差等缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种由多孔五氧化二钒纳米片原位生长在层状石墨烯表面及层间构成的石墨烯负载五氧化二钒复合材料，该复合材料具有良好的电导率、较高的结构稳定性和较高电化学活性。

本发明的第二个目的是在于提供一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料的制备方法，该方法操作简单、成本低，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料的应用，将其作为水系锌离子电池正极材料应用，能够获得较高的比容量与优异的循环性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种石墨烯负载五氧化二钒复合材料，其由多孔五氧化二钒纳米片原位生长在层状石墨烯表面及层间构成。