一种锌离子电池电极材料及其制备方法和用途   0    0

[0001] 本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种锌离子电池电极材料的制备方法。

[0002] 钒元素由于有多变的化合价，可以制备不同的钒基氧化物或化合物，它因其独特的内部结构和导电性，在电化学方面表现出优异的性能，近年来被应用于研究热点的锌离子电池正极材料。V2O5和VO2是钒基氧化物中较常见的两种，它们拥有较高的容量，但因层间距较小，导致循环不够稳定；故而选择以这两种氧化物为基底材料合成新型的化合物如Na2V6O16·1.63H2O(Ping Hu,et al.Highly Durable Na2V6O16·1.63H2O Nanowire Cathode for Aqueous Zinc‑Ion Battery[J].Nano Letters,2018,18(3),1758–1763)；LiV3O8(Alfaruqi M H,et al.Electrochemical Zinc Intercalation in Lithium Vanadium Oxide:A High‑Capacity Zinc‑Ion Battery Cathode[J].Chemistry of Materials,2017,29(4),1684‑1694)；Zn3V2(OH)2 2H2O(Xia,Chuan,et al.Rechargeable Aqueous Zinc‑Ion Battery Based on Porous Framework Zinc Pyrovanadate Intercalation Cathode[J].Advanced Materials,2017,1705580)等，事实证明经过重新合成的物质用于正极材料可以提高电池的循环稳定性和电导率。镍是一种较活泼的过渡金属元素，具有较高的导电性能，它组成的化合物NiMoO4纳米材料可以用于催化剂、超级电容器、传感器和电池等方面；Zhao Li等人采用水热制备的NiMoO4作为一种无碳的电极材料，可以提高电池的比容量。

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种锌离子电池电极材料及其制备方法和用途。

[0004] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种锌离子Zn2+电池电极材料的制备方法，所述制备方法采用以偏钒酸铵、乙酸镍为主要原料，加入适量的柠檬酸为酸性调节剂，以蒸馏水为溶剂，通过水热合成反应，随后进行离心沉淀，烘干，得到一种锌离子电池电极材料，其化学式为Ni2V2O7，其具体包括以下步骤：

[0005] 1)称取一定量的偏钒酸铵(NH4VO3)和水合乙酸镍(Ni(CH3COO)2·4H2O)溶于一定体积的蒸馏水中，然后加入适量的柠檬酸(C6H8O7)，搅拌30min，得到浅绿色的反应混合溶液；

[0006] 2)将上述浅绿色的混合溶液转移至不锈钢反应釜中，以10℃/min的升温速率在烘箱中升至160～180℃恒温反应24～72h后，自然冷却至室温，随后进行离心分离沉淀，用蒸馏水洗涤3次，烘干，得到一种锌离子电池电极材料，该材料为钒酸镍，其化学式为Ni2V2O7；

[0007] 所述反应混合溶液中物质量的比为：乙酸镍：偏钒酸铵：柠檬酸1:2:1；

[0008] 所述参加反应的物质均为化学纯。

[0009] 进一步的，本发明还提供了前述制备方法得到的锌离子电池电极材料。

[0010] 进一步的，本发明还提供了所述锌离子电池电极材料的用途，该材料作为锌离子电池电极正极材料，在水体系中，在100mA/g的电流密度下，其作为锌离子电池正极材料，首次放电容量为462uAh/g，充放电循环160次后，其放电比容量保持在120uAh/g以上，库伦效率保持在98.5％以上。

[0011] 与现有技术相比，本发明的特点如下：

[0012] 本发明所制备的钒酸镍材料的纳米颗粒的粒径为100～160nm，这些颗粒聚集成片状，片与片进而聚集成块状；本发明所制备的钒酸镍化学式为Ni2V2O7，在水体系中，在100mA/g的电流密度下，其作为锌离子电池正极材料，首次放电容量为462uAh/g，充放电循环160次后，其放电比容量保持在120uAh/g以上，库伦效率保持在98.5％以上。

[0016] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

[0017] 实施例1

[0018] 称取5.0mmol(1.244g)四水合乙酸镍(Ni(CH3COO)2·4H2O)和10mmol(1.17g)偏钒酸铵(NH4VO3)溶于50mL的蒸馏水中，加入5.0mmol(0.96g)的柠檬酸，搅拌30min，得到浅绿色的反应混合溶液；将上述浅绿色的混合溶液转移至100mL的不锈钢反应釜中，以10℃/min的升温速率在烘箱中升至180℃反应24h，自然冷却至室温，随后进行离心分离沉淀，用蒸馏水清洗3次，烘干，得到一种锌离子电池电极材料，该材料的化学式为Ni2V2O7。用粉末X射线衍射(XRD)测试所制备的材料的组成结构(图1)；用扫描电镜(SEM)观测材料的形貌，材料由细小颗粒组成薄片，片与片进而聚集成块状(图2)；用电化学性能测试显示在100mA/g的电流密度下，所制备的材料作为锌离子电池正极材料，首次放电容量为462uAh/g，充放电循环160次后，其放电比容量保持在120uAh/g以上，库伦效率保持在98.5％以上(图3)。

[0019] 实施例2

[0020] 称取1.0mmol(0.248g)四水合乙酸镍和2.0mmol(0.234g)偏钒酸铵(NH4VO3)溶于20mL的蒸馏水中，加入1.0mmol(0.192g)的柠檬酸，搅拌30min，得到浅绿色的反应混合溶液；将上述浅绿色的混合溶液转移至50mL的不锈钢反应釜中，以10℃/min的升温速率在烘箱中升至160℃反应72h，自然冷却至室温，随后进行离心分离沉淀，用蒸馏水反复清洗3次，烘干，得到一种锌离子电池电极材料，该材料的化学式为Ni2V2O7。用粉末X射线衍射(XRD)测试所制备的材料的组成结构；用扫描电镜(SEM)观测材料的形貌；用蓝电系统测试材料的电化学性能。

[0021] 实施例3

[0022] 称取2.0mmol(0.596g)四水合乙酸镍和4.0mmol(0.468g)偏钒酸铵(NH4VO3)溶于50mL的蒸馏水中，加入2.0mmol(0.384g)的柠檬酸，搅拌30min，得到浅绿色的反应混合溶液；将上述浅绿色的混合溶液转移至100mL的的不锈钢反应釜中，以10℃/min的升温速率在烘箱中升至170℃反应48h，自然冷却至室温，随后进行离心分离沉淀，用蒸馏水反复清洗3次，烘干，得到一种锌离子电池电极材料，该材料的化学式为Ni2V2O7。用粉末X射线衍射(XRD)测试所制备的材料的组成结构；用扫描电镜(SEM)观测材料的形貌；用蓝电系统测试材料的电化学性能。

[0013] 图1为本发明所制得的材料的XRD图。

[0014] 图2为本发明所制得的材料的SEM图。

[0015] 图3为本发明所制得的材料作为锌离子电池正极的充放电循环图。