一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池技术

一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池，涉及锌离子电池领域。制备方法包括将钒源、氧化剂和燃料溶于水中并混合均匀得到混合相，将混合相经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料。钒源包括NH4VO3。氧化剂包括NH4NO3。燃料包括CO(NH2)2、C2H5O2N、C6H8O7、C6H12O6中至少一者。正极材料通过以上方法获得，锌离子电池采用了该正极材料。其流程简单、高效，成本低廉，制得的锌离子电池正极材料具有更优异的电化学性能。电池正极材料具有更优异的电化学性能。电池正极材料具有更优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池


[0001]本专利技术涉及锌离子电池领域，具体而言，涉及一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池。

技术介绍

[0002]随着人们对大功率设备的日益依赖，开发先进、可持续的能源系统已成为迫切需要。电池作为一种主要的储能装置，其开发和研究应实施清洁、生态和环境友好的可持续发展战略。锂离子电池由于其高能量密度在过去的三十年内已经得到了深入的研究并实现了大规模的商业化应用，但其成本高、安全性低的问题也促使人们寻求其它高效的替代装置。而基于Zn2+、Ca2+、Mg2+和Al3+等多价金属离子的水系可充电电池由于多价态离子储能效率高、水系电解液的离子导电性高、安全性好等优点有望替代锂离子电池成为新一代储能电池。
[0003]其中，锌离子电池(ZIB)由于具有毒性低、体积能量密度可达到5855Wh
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1、环境友好且存在合适的负极材料(即金属锌)等特点而备受关注。因此开发高性能的锌离子电池正极材料对于实现锌离子电池的大规模应用具有重要意义。目前主要的锌离子电池正极材料包括钒氧化物、锰氧化物、钼氧化物及普鲁士蓝衍生物等。其中钒氧化物具有储量大、价态多等优点，且其典型的层状结构有利于锌离子的迁移。比如五氧化二钒是钒氧化物中氧化态最高，也是最稳定的氧化物，钒原子和氧原子以V
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O共价键结合在一起，组成特殊的层状结构。每个单元是由一个V原子与5个O原子结合而成的三角形四方锥结构，他们通过共顶点的方式连接在一起。层内力为强共价键，层与层之间是靠较弱的范德华力结合在一起，因此大量的金属离子、无机或有机原子，离子，分子可以插入其中。钒氧化物具有成本低、无污染，比容量大，能量密度高等优点。
[0004]目前，国内外制备钒氧化物的常见方法有沉淀法、溶胶
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凝胶法、水热法、气相沉积法、静电纺丝法、模板法、诱导法等，这些制备方法虽然各有优势，但均存在制备工艺复杂、效率低、成本高等问题，不利于锌离子电池的推广使用。
[0005]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种锌离子电池正极材料制备方法，其流程简单、高效，易于操作和执行，成本低廉，对设备的要求更低，有利于进一步提高生产效率并降低生产成本；制得的锌离子电池正极材料具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种锌离子电池正极材料，其具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。
[0008]本专利技术的第三个目的在于提供一种锌离子电池，其电极具有更高的均匀度和性能
稳定性，锌离子嵌入和脱出的速率更加平衡、稳定，电池充放电性能更好，电池衰老更加缓慢。
[0009]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0010]一种锌离子电池正极材料制备方法，其包括：将钒源、氧化剂和燃料溶于水中并混合均匀得到混合相，将混合相经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料。
[0011]其中，钒源包括NH4VO3。氧化剂包括NH4NO3。燃料包括CO(NH2)2、C2H5O2N、C6H8O7、C6H
12
O6中至少一者。
[0012]进一步地，经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料包括：将混合相加热，混合相在挥发、沸腾、浓缩后起燃，燃烧结束后得到锌离子电池正极材料。
[0013]进一步地，低温燃烧反应在缺氧气氛下进行。
[0014]进一步地，在低温燃烧反应后，将产物在真空环境下于200
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300℃热处理1
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2h。
[0015]进一步地，钒源按摩尔份计为0.05
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0.1份，氧化剂按摩尔份计为0.3
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0.4份，燃料按摩尔份计为小于或等于0.8份。
[0016]进一步地，钒源按摩尔份计为0.05
‑
0.1份，氧化剂按摩尔份计为0.3
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0.4份，燃料按摩尔份计为0.05
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0.4份。
[0017]进一步地，低温燃烧反应的燃烧温度小于或等于400℃。
[0018]进一步地，燃料包括C6H
12
O6且C6H
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O6过量。
[0019]一种锌离子电池掺杂正极材料，其根据上述的锌离子电池正极材料制备方法制备得到。
[0020]一种锌离子电池，其包括上述的锌离子电池正极材料。
[0021]本专利技术实施例的有益效果是：
[0022]本专利技术实施例提供的锌离子电池正极材料制备方法充分利用了低温燃烧合成的优点，反应过程中释放出大量能量和气体，释放的能量可以使反应自维持，降低了能耗。放出的气体对粉末有分散作用，能够制备具有介孔结构的高比表面积的粉末。燃烧反应速度快，整个反应过程所需时间少，工艺简便、快捷、高效。反应在溶液中进行，原料能够达到原子或分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀。工艺简单且粒度细小、混合分散均匀的纳米钒氧化物锌正极材料，解决了目前制备工艺复杂效率低的难点问题。
[0023]总体而言，本专利技术实施例提供的锌离子电池正极材料制备方法流程简单、高效，易于操作和执行，成本低廉，对设备的要求更低，有利于进一步提高生产效率并降低生产成本；制得的锌离子电池正极材料具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。本专利技术实施例提供的锌离子电池正极材料具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。本专利技术实施例提供的锌离子电池的电极具有更高的均匀度和性能稳定性，锌离子嵌入和脱出的速率更加平衡、稳定，电池充放电性能更好，电池衰老更加缓慢。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0025]图1为实验例一所制备的正极材料的xrd图；
[0026]图2为实验例一所制备的正极材料的形貌图；
[0027]图3为实验例一所制备的正极材料作为锌离子正极材料所组装的电池在不同电流密度下的倍率图；
[0028]图4为实验例二所制备的正极材料的xrd图；
[0029]图5为实验例二所制备的正极材料的形貌图；
[0030]图6为实验例二所制备的正极材料作为锌离子正极材料所组装的电池在不同电流密度下的倍率图；
[0031]图7为实验例三所制备的正极材料的xrd图；
[0032]图8为实验例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池正极材料制备方法，其特征在于，包括：将钒源、氧化剂和燃料溶于水中并混合均匀得到混合相，将所述混合相经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料；其中，所述钒源包括NH4VO3；所述氧化剂包括NH4NO3；所述燃料包括CO(NH2)2、C2H5O2N、C6H8O7、C6H
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O6中至少一者。2.根据权利要求1所述的锌离子电池正极材料制备方法，其特征在于，经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料包括：将所述混合相加热，所述混合相在挥发、沸腾、浓缩后起燃，燃烧结束后得到锌离子电池正极材料。3.根据权利要求1所述的锌离子电池正极材料制备方法，其特征在于，所述低温燃烧反应在缺氧气氛下进行。4.根据权利要求3所述的锌离子电池正极材料制备方法，其特征在于，在低温燃烧反应后，将产物在真空环境下于200
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300℃热处理1
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2h。5.根据权利要求3或4所述的锌离子电池正极材料制备方法，其特征在于，所述钒源按摩尔份计为0.05
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【专利技术属性】
技术研发人员：麻季冬，袁英皓，苏永鑫，崔健，张厚安，王泽群，王馨，何琪，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：