【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锌离子电池领域，涉及一种铵根离子插层水合层状钒氧化物的制备方法及其在可充电锌离子电池中的应用。
技术介绍
1、近些年来，自从工业革命以来，二氧化碳的排放逐年增加。二氧化碳排放的危害非常广泛，不仅对自然生态和人类社会造成了影响，还对全球经济和社会的发展造成了威胁。因此，我们需要采取有效的措施来减少二氧化碳的排放，以保护我们的地球环境。例如，推广清洁能源、促进能源的节约和高效利用、加强环保意识的等，都是我们可以采取的有效措施。发展高性能的储能技术是关键。
2、利用近中性水溶液电解质的可充电水性锌离子电池(zibs)，因其固有的安全、环保、低成本和高理论容量而成为大规模储能的有前途的解决方案。然而，zibs技术的商业化需要在解决现有科学和技术差距方面取得重大进展，特别是在阴极开发领域。此外，由于阴极材料在决定zibs的存储容量和能量/功率密度方面起着至关重要的作用，因此阴极材料的选择直接影响到zibs的整体性能和能力，使其成为其设计和优化的关键方面。在各种选择(包括锰基氧化物、普鲁士蓝类似物和有机化合物)中，钒基化合物由于其高理论容量、高功率密度和长循环寿命而成为zibs实际应用中最有前途的正极材料之一，受到了相当大的关注。在此背景下，大量的研究工作致力于研究各种各样的钒基化合物，包括无水钒氧化物、金属钒酸盐、磷酸钒和其他变体。然而，尽管具有潜力，钒基阴极在循环过程中遇到溶解和相变等挑战，导致实际zibs的长期稳定性不理想。解决这些问题并提高钒基阴极的稳定性对于释放其在zibs中实现可靠和高效储能的全部潜力至
技术实现思路
1、本专利技术旨在针对锌离子电池中稳定的钒基正极材料的合成、充放电过程中稳定的晶体结构，提出解决方案。为此本专利技术系统地提供一种铵根离子插层水合层状钒氧化物的制备方法及其在可充电锌离子电池中的应用。
2、首先，本专利技术提供一种铵根离子插层水合层状钒氧化物的制备方法，所述的铵根离子插层水合层状钒氧化物的化学组成为(nh4)0.4v2o5·nh2o，其中n为0.01～2。所述的水合层状钒氧化物的制备方法，其步骤为首先将五价钒源化合物和含有铵离子的无机物分散于水和有机溶剂的混合液中；然后用适量酸性溶液调节上述混合液的ph至1～5，得到前驱体溶液；之后前驱体溶液加入二水合草酸，于90～200℃反应5～20h；经离心或过滤、洗涤、干燥得到铵根离子插层的钒基氧化物。
3、进一步地，在上述技术方案中，所述的五价钒源化合物为五氧化二钒、偏钒酸铵中的一种或多种；所述五价钒源化合物的浓度为0.01～1mol/l。
4、进一步地，在上述技术方案中，所述含有铵离子的无机盐为氨水，(nh4)2so4,nh4no3,nh4cl的一种或多种；所述含有铵离子的无机盐的浓度为0.0001～1mol/l。
5、进一步地，在上述技术方案中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述有机溶剂与水的体积比为0～2。
6、进一步地，在上述技术方案中，所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、双氧水中的一种或多种。
7、进一步地，在上述技术方案中，所述的反应温度为90～200℃，反应时间为5～20h。优选的反应温度为120～140℃；优选的反应时间为5～10h。
8、本专利技术提供一种通过上述方法制备得到的铵根离子插层水合层状插层钒氧化物，用作锌离子电池的正极具备非常优异的长期循环性能。所述锌离子电池正极片的制备步骤为：按照水合层状钒氧化物、活性炭和聚偏氟乙烯分散到n-甲基吡咯烷酮中，混合均匀后形成浆料，涂到集流体上，60～130℃下真空干燥5～48h后得到锌离子电池正极电极片。
9、进一步地，在上述技术方案中，所述水合层状钒氧化物、活性炭和聚偏氟乙烯的质量比为(6～8)：(1～3)：1。
10、进一步地，在上述技术方案中，所述集流体为不锈钢网、不锈钢箔、钛网或钛箔。
11、进一步地，在上述技术方案中，所述锌离子电池正极片的活性物质的负载量为0.5～10mg cm-2。优选的正极活性物质担载量为1～5mg cm-2。
12、进一步地，在上述技术方案中，所述真空干燥温度为60～130℃，所述真空干燥时间为5～48h。优选的真空干燥温度为90～120℃，优选的真空干燥时间为10～24h。
13、最后本专利技术提供一种将水合层状钒氧化物正极片组装在锌离子电池中，所述锌离子电池的制备步骤为将水合层状钒氧化物正极片和锌箔放在电池壳中，中间放入隔膜，加入含有锌离子的电解液，然后对电池封装。封装后的电池接入电化学充放电仪，在指定电流密度下进行循环性能测试。所得锌离子电池表现出优异的循环稳定性。
14、有益结果：
15、该铵根离子插层水合层状钒氧化物的制备方法所需设备简单，操作方便，成本低。x射线衍射(xrd)谱图表明：本专利技术得到的水合层状钒氧化物的xrd谱图与标准xrd谱图匹配一致(见图1)。扫描电镜显示所制备的水合层状钒氧化物呈现纳米棒状微观形态(见图2)。基于水合层状钒氧化物正极片的锌离子电池在0.2a g-1的电流密度下，比容量可达466mahg-1(见图3)，经历100次循环后的容量保持率仍高达86％(见图4)。
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1.铵根离子插层水合层状钒氧化物的制备方法，其特征在于，所述水合层状钒氧化物的化学组成为(NH4)0.4V2O5·nH2O，其中n为0.01～2；制备方法包括以下步骤：首先将五价钒源化合物和含有铵离子的无机物分散于水和有机溶剂的混合液中；然后用适量酸性溶液调节上述混合液的pH至1～5，得到前驱体溶液；之后前驱体溶液加入二水合草酸，之后前驱体溶液于一定温度下反应一段时间；于90～200℃反应5～20h；经离心或过滤、洗涤、干燥得到铵根离子插层的钒基氧化物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的五价钒源化合物选自五氧化二钒、偏钒酸铵的一种或多种；所述五价钒源化合物的浓度为0.01～1mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铵离子的无机物选自氨水，(NH4)2SO4,NH4NO3,NH4Cl的一种或多种；所述的铵离子总的离子浓度在0.01～1mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和二甲基甲酰胺中的一种或多种；所述有机溶剂与水的体积比为0～2。
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