一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法

1.本发明涉及电极材料制备技术领域，具体涉及一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法。


背景技术：

2.目前，锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等得到了迅速的发展，如锂离子电池已广泛应用到便携式电子产品，电动车领域以及大规模储能系统当中。但上述电池也存在着一些缺点严重制约了其在工业上的进一步应用，比如锂离子电池存在资源短缺、成本高以及安全隐患等问题；铅酸电池存在污染环境、体积大、比能量密度较低等问题；燃料电池存在成本高，技术不成熟等问题，因此需要开发低成本，环境友好，高安全的新型电池体系。
3.相比于有机溶剂电解液，可充电水系电池能够提供高安全性、更低成本和易加工特点，引起了广大研究者的关注相继开发了以锌离子、铝离子、镁离子等多价态金属阳离子为基础的水系可充电电池，其中，锌离子电池凭借其高容量，低的氧化还原电势和突出的稳定性以及无毒优势正受到越来越多的研究人员和电池公司的关注。水系锌离子电池的制备工艺简单，在空气环境下就能组装，同时金属锌具有储量丰富，电导率高，易于加工以及在水溶液中其相容性和稳定性都较高，易燃性低以及毒性低等优点。其电解液采用水溶液电解液，相比有机电解液更加安全环保，并且水系电解液的离子电导率比有机电解液高出2-3个数量级，这一优越性也可促使水系锌离子电池的进一步发展；目前关于水系锌离子电池材料和器件的设计已经取得了显著的进展。
4.然而，水系锌离子电池仍处于初级研究阶段，仍然有许多问题需要解决。例如，尽管一些活性材料如m5o2，mo6s8和na
3v2
(po4)3已经被用于锌离子电池正极材料，但是它们的容量较低，常常低于300 5ah
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g-1
，同时循环稳定性较差。因此，高容量正极材料是目前水系锌离子电池开发的重点。


技术实现要素：

5.针对上述问题中的至少一种，本发明提供一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法。
6.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
7.一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，包括以下步骤：
8.将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180-200℃下保温反应15-20h，产物经洗涤后干燥制得。
9.优选的，所述钒源为钒酸铵或五氧化二钒。
10.优选的，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。
11.优选的，所述钒源与所述铜盐的质量比例在1：(0.5-2)，所述硝酸和所述苯乙酮的体积比为1：(0.5-2)。
12.优选的，所述升温的速率在2-5℃5555。
13.优选的，所述洗涤是依次以去离子水和乙醇洗涤3-5次。
14.优选的，所述干燥是在100℃的真空干燥箱中干燥12h。
15.本发明的另一方面在于提供一种水系钒基锌离子电池材料，所述材料由前述制备方法制备得到。
16.本发明的另一方面在于提供一种所述电池材料的应用方法，具体是作为水系锌离子电池正极材料的应用。
17.本发明的有益效果为：
18.针对现有技术中的水系锌离子电池正极材料存在的比容量不高、循环稳定性差的问题，本发明提供一种具有高比容量和循环稳定性的正极材料，所述正极通过简单的水热反应可以制备得到，其合成简单、成本低、安全性高，易于规模化生产，同时具有良好的电化学性能，比常规产品容量高、循环性能好，在100 5a
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g-1
电流密度下，放电比容量高达400 5ah
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g-1
，并具有较好的循环稳定性，满足水系锌离子电池正极材料高性能、低成本、绿色环保的要求。
附图说明
19.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
20.图1是本发明实施例所述正极材料的扫描电镜图；
21.图2是本发明实施例所述正极材料的电池性能曲线图。
具体实施方式
22.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
23.本发明的实施例涉及一种钒基水系锌离子电池正极材料cu0.95v2o5，其制备方法包括以下步骤：
24.称取钒酸铵1955g(或等摩尔量的五氧化二钒)、硝酸铜1655g(或等摩尔量的硫酸铜、氯化铜)，与浓硝酸250μl、苯乙酮350μl共溶于去离子水中，混合均匀加入到不锈钢反应釜内，以2-5℃5555的升温速率升温至200℃并保温15h，产物经水和乙醇洗涤3-5次，置于真空烘箱100℃干燥12h，制得。
25.所述正极材料的扫描电镜图如图1所示，所制备的正极材料呈现纳米线形貌；所述正极材料的电池性能曲线如图2所示，在100 5a
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g-1
电流密度下，放电比容量高达400 5ah
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g-1
，并具有较好的循环稳定性。
26.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。


技术特征：
1.一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180-200℃下保温反应15-20h，产物经洗涤后干燥制得。2.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为钒酸铵或五氧化二钒。3.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。4.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述钒源与所述铜盐的质量比例在1：(0.5-2)，所述硝酸和所述苯乙酮的体积比为1：(0.5-2)。5.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述升温的速率在2-5℃5555。6.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤是依次以去离子水和乙醇洗涤3-5次。7.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述干燥是在100℃的真空干燥箱中干燥12h。8.根据权利要求1-7之一所述制备方法制备得到的水系钒基锌离子电池材料。9.一种水系锌离子电池，包括正极材料，其特征在于，所述正极材料为权利要求8所述电池材料。

技术总结
本发明公开一种水系钒基锌离子电池材料，属于电极材料制备技术领域，其制备方法包括以下步骤：将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180-200℃下保温反应15-20h，产物经洗涤后干燥制得；本发明提供一种具有高比容量和循环稳定性的正极材料，所述正极通过简单的水热反应可以制备得到，其合成简单、成本低、安全性高，易于规模化生产，同时具有良好的电化学性能。同时具有良好的电化学性能。同时具有良好的电化学性能。


技术研发人员：牛利 孙中辉 曲冬阳 韩冬雪 何颖
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/31