[发明专利]一种水系锌离子电池高性能可量产钒氧化物异质结构正极材料的制备方法

说明书

本发明属于新材料技术领域，公开了一种水系锌离子电池高性能可量产钒氧化物异质结构正极材料的制备方法。本发明首先通过低温热解大规模制备钒氧化物块体，其为层状结构，表面覆盖鳞片状物质；然后对钒氧化物块体进行等离子体处理，刻蚀掉其表面的鳞片状物质，同时等离子体在块体的浅表层中引入缺陷、增大其层间距；最后，将等离子体处理后的样品分散在溶剂中，用超声波将其剥离成钒氧化物异质结构纳米片。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池高性能可量产钒氧化物异质结构正极材料的制备方法。

背景技术

传统的锂离子电池安全性差、成本高，限制了其大规模应用。由于使用水系电解液和锌负极，水系锌离子电池具有更好的安全性和更低的成本，成为未来固定能源存储的理想设备。然而，缺乏高性能可量产的正极材料制约了水系锌离子电池的发展。近年来，通过构筑异质结构提高电极材料的性能已被广泛证实可行。得益于独特的界面效应和反应机制，异质结构电极往往具有更高的比容量、更好的循环性能和更快的动力学性质。

尽管异质结构具有上述优势，但由于不同组元材料的晶体结构不同、界面性质和反应机制各异、以及形貌等因素影响，构筑高性能异质结构仍面临巨大挑战。此外，现有的制备方法(如化学气相沉积、原子层沉积、机械/化学剥离、多步湿法化学反应等)能耗高、周期长、且产量低，极大限制了异质结构材料的高效制备及其在水系锌离子电池中的应用。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种水系锌离子电池高性能可量产钒氧化物异质结构正极材料的制备方法。本发明中，首先通过低温热解大规模制备钒氧化物块体，其为层状结构，表面覆盖鳞片状物质；然后对钒氧化物块体进行等离子体处理，刻蚀掉其表面的鳞片状物质，同时等离子体在块体的浅表层中引入缺陷、增大其层间距；最后，将等离子体处理后的样品分散在溶剂中，用超声波将其剥离成钒氧化物异质结构纳米片。

本发明中提供了一种水系锌离子电池高性能可量产钒氧化物异质结构正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将偏钒酸铵置于管式炉中，在惰性气氛下热解，得到钒氧化物块体；

(2)将步骤(1)所得的钒氧化物块体粉末平铺在器皿中，进行一次等离子体处理，然后将粉末取出摇晃均匀后，进行二次等离子体处理；

(3)将步骤(2)等离子体处理后的样品分散在溶剂中，置于超声波仪器内进行超声剥离，得到的沉淀物经干燥后，即为钒氧化物异质结构正极材料。

步骤(1)中，所述惰性气氛为氮气、氩气或氩氢混合气，热解温度为200～500℃，升温速率为1～10℃/分钟，加热时间为1～8小时。

步骤(2)中，两次等离子体处理的功率均为100～300瓦，每次处理时间均为10～60分钟。

步骤(3)中，所述溶剂为水、有机溶剂，或者水与有机溶剂的混合溶液。

步骤(3)中，超声的功率大于150瓦，超声时间不小于0.5小时。

步骤(3)中，所述干燥的条件为-90～-50℃下冷冻干燥。