VO2·制造技术

本发明专利技术涉及一种VO2·

【技术实现步骤摘要】
VO2·
nH2O纳米片状材料及水系锌离子电池正极材料以及制备方法


[0001]本专利技术属于电化学储能
，涉及一种VO2·
nH2O纳米片状材料及水系锌离子电池正极材料以及制备方法，包括应用于水系锌离子电池。

技术介绍

[0002]电池作为储能领域的一大重要组成部分，近几年快速发展，然而目前商业电池一般采用有机溶剂作为电解液，存在高成本和安全性问题，限制了电池储能器件的发展。水系锌离子电池因其安全性、高导电性、高理论容量等优势具有广阔的应用前景。
[0003]电极材料对电池的储能性能具有至关重要的影响，因此可以通过对纳米材料的形貌进行设计从而提高锌离子电池的性能。水系锌离子电池的正极材料主要包括锰氧化物、钒氧化物、普鲁士蓝等，钒氧化物由于其不同的原子构型和多种钒价态而具有丰富的结构，具有优异的储锌能力，特别是二氧化钒具有层状结构和较大的层间距，有利于锌离子的嵌入和脱出，然而，该材料的导电性差，因此其倍率性能和循环性能需要进一步提高。
[0004]文献“Cui F,Zhao J,Zhang D,et al.VO2(B)nanobelts and reduced graphene oxides composites as cathode materials for low
‑
cost rechargeable aqueous zinc ion batteries[J].Chemical Engineering Journal,2020,390:124118.”公开了通过简单的水热反应，设计并合成了VO2(B)/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料。VO2(B)纳米带均匀地沉积在RGO纳米片上，为锌离子脱嵌过程中提供了电子传输途径，并防止了结构的坍塌。虽然VO2(B)/RGO复合材料的首次放电比容量较好，但其在5A g
‑1电流密度下循环1600次后容量保持率仅有72％，此方法制备的二氧化钒正极材料的应用会受到很大的限制，不利于商业化发展。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种VO2·
nH2O纳米片状材料及水系锌离子电池正极材料以及制备方法。为提高现有方法制得材料的性能，本专利技术以五氧化二钒为原料，以甘露醇作为还原剂和表面活性剂，首次通过五氧化二钒和甘露醇制备了以VO2·
nH2O纳米片为水系锌离子电池的正极材料，其大比表面积和稳定的片状形貌提供了锌离子充足的脱嵌位点，从而提高锌离子电池的电化学性能，对水系锌离子电池的实际应用提供借鉴。
[0007]技术方案
[0008]一种VO2·
nH2O纳米片状材料，其特征在于包括五氧化二钒和甘露醇，每份配比为0.5～1.5g五氧化二钒和0.5～1.5g甘露醇。
[0009]一种所述VO2·
nH2O纳米片状材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0010]步骤a1：每份0.5～1.5g五氧化二钒和0.5～1.5g甘露醇溶解到去离子水中得到反
应液；
[0011]步骤a2：将反应液转移到反应釜中进行水热反应，反应温度为160～180℃，反应时间为12～24h，得到水热产物；
[0012]步骤a3：对水热产物，经过去离子水离心清洗3～5次后，加入10～15ml去离子水再超声分散均匀，经过冷冻干燥2～4天，即得VO2·
nH2O纳米片状材料。
[0013]所述步骤a1中每份的去离子水为20～30ml。
[0014]所述步骤a1中在60～70℃进行加热搅拌6～24h后得到反应液。
[0015]一种以所述VO2·
nH2O纳米片状材料作为正极活性材料的水系锌离子电池正极材料，其特征在于包括活性材料VO2·
nH2O纳米片状，炭黑作为导电剂，聚偏氟乙烯为粘结剂，N
‑
甲基吡咯烷酮为溶剂，其质量比为6～8:3～1:1.5～0.5:60～80。
[0016]一种所述水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0017]步骤b1：将活性材料VO2·
nH2O纳米片状材料、导电剂炭黑和粘结剂聚偏氟乙烯研磨后，加入溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮搅拌配置成浆料；
[0018]所述活性材料VO2·
nH2O纳米片状材料、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为6～8:3～1:1.5～0.5:60～80；
[0019]步骤b2：将浆料涂覆在集流体碳纸上，真空干燥即得到水系锌离子电池正极材料。
[0020]所述步骤b1的研磨时间为1～2h。
[0021]所述步骤b1搅拌时间为1～2h。
[0022]所述步骤b2在集流体上的真空干燥是：在60℃～80℃下进行8～10h的真空干燥。
[0023]一种所述水系锌离子电池正极材料的制得水系锌离子电池的方法，其特征在于：以VO2·
nH2O纳米片状材料制得的水系锌离子电池正极材料作为正极，以锌片作为负极，硫酸锌作为电解液，滤纸作为隔膜，以及外壳组装成水系锌离子电池。
[0024]有益效果
[0025]本专利技术提出的一种VO2·
nH2O纳米片状材料及水系锌离子电池正极材料以及制备方法，VO2·
nH2O纳米片通过水热方法一步合成，将其作为正极活性材料组装成水系锌离子电池，并测试电化学性能。二氧化钒材料具有较好的储锌性能，通过对其纳米片状形貌调控可以进一步有效提高比表面积，为氧化还原反应及电子、电荷传输提供更多的活性位点。因此以该VO2·
nH2O纳米片作为正极活性材料的水系锌离子电池具有较高的倍率性能、容量保持率和循环寿命，本专利技术也为其他电池的电极材料提供新的借鉴。
[0026]本专利技术具有以下优点：与公开的水系锌离子电池正极材料相比，本专利技术制备的VO2·
nH2O纳米片，通过水热法，简单一步实现VO2·
nH2O纳米片状材料制备。本专利技术以五氧化二钒为原料，首次以甘露醇作为还原剂和表面活性剂制备了VO2·
nH2O纳米片，其较大比表面积和稳定的片状形貌提供了锌离子充足的脱嵌位点，从而提高锌离子电池的电化学性能，优异电化学性能主要归因于高效的储存动力学，丰富的片层结构创造更多的电化学活性位点，加快电荷转移，增多电子传输路径，同时还能促进电解液与正极材料充分接触，最终提高电化学性能，也确保活性物质的充分利用。本专利技术以VO2·
nH2O纳米片为水系锌离子电池正极材料，优化倍率性能、循环稳定性能等电化学性能。组装的水系锌离子电池在5Ag
‑1电流密度下，循环4000次后容量保持率有82.58％，为水系锌离子电池的实际应用提供新的思路，也为其他储能器件提供借鉴。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1制备的VO2·
nH2O纳米片的SEM图；
[0028]图2为本专利技术实施例1制备的VO2·
nH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VO2·
nH2O纳米片状材料，其特征在于包括五氧化二钒和甘露醇，每份配比为0.5～1.5g五氧化二钒和0.5～1.5g甘露醇。2.一种权利要求1所述VO2·
nH2O纳米片状材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤a1：每份0.5～1.5g五氧化二钒和0.5～1.5g甘露醇溶解到去离子水中得到反应液；步骤a2：将反应液转移到反应釜中进行水热反应，反应温度为160～180℃，反应时间为12～24h，得到水热产物；步骤a3：对水热产物，经过去离子水离心清洗3～5次后，加入10～15ml去离子水再超声分散均匀，经过冷冻干燥2～4天，即得VO2·
nH2O纳米片状材料。3.根据权利要求2所述VO2·
nH2O纳米片状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a1中每份的去离子水为20～30ml。4.根据权利要求2或3所述VO2·
nH2O纳米片状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a1中在60～70℃进行加热搅拌6～24h后得到反应液。5.一种以权利要求1所述VO2·
nH2O纳米片状材料作为正极活性材料的水系锌离子电池正极材料，其特征在于包括活性材料VO2·
nH2O纳米片状，炭黑作为导电剂，聚偏氟乙烯为粘结剂，N
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王维佳，冯成，樊慧庆，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：