[发明专利]一种水系锌离子二次电池用正极活性材料以及一种水系锌离子二次电池

说明书

本发明提供了一种水系锌离子电池用正极活性材料，包括磷酸氧钒锂。本发明以磷酸氧钒锂LiVOPO₄作为水系锌离子电池的正极活性材料，该正极活性材料有利于二价锌离子的脱嵌，所构建的水系锌离子二次电池具有较高的工作电压。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种水系锌离子二次电池用正极活性材料以及一种水系锌离子二次电池。

背景技术

二次电池作为电化学储存能量的一种装置，因其可以反复充放电，能量密度高，无记忆效应等优点，故在实际生活中，更加经济实用。与有机离子二次电池相比，水系离子电池的电解液因为采用水作为溶剂，不仅可以避免严格的电池组装条件，便于降低生产成本；而且离子电导率高于有机电解液2个数量级，有利于实现电池的快速充放。此外，它还更为绿色和安全。因此，水系离子电池具有低成本，高安全性，环境友好以及离子迁移率高等优势。

与其它的水系金属离子相比，水系锌离子电池的一个最大的主要优势在于可以直接采用金属锌做负极。金属锌由于自身的电化学性能，使得它成为一个优异的电极材料。一，金属锌的电极电势低(-0.78V vs.SHE)，它不仅可以提高电池的工作电压，还有利于提高电池的能量密度和稳定性。二，锌资源丰富，降低了电池的材料成本。三，在水中，锌的抗腐蚀性好，可以减少电池容量损失，提高利用效率。虽然水系锌离子电池因采用二价态的锌离子作为迁移离子可以实现较高的能量密度和功率密度。但是，由于它的活泼性较低和电荷密度较大，使得它在材料中的脱嵌和迁移都较为困难。

正极活性材料是影响锌离子电池性能的一个主要的因素，其主要影响锌离子的脱嵌过程，因此，制备出高电化学性能的正极活性材料是实现锌离子电池实际应用的一个重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种水系锌离子二次电池用正极活性材料以及水系锌离子二次电池，本发明提供的水系锌离子二次电池以磷酸氧钒锂LiVOPO₄为正极活性材料，该正极活性材料有利于二价锌离子的脱嵌，所构建的水系锌离子二次电池具有较高的工作电压。

本发明提供了一种水系锌离子电池用正极活性材料，包括磷酸氧钒锂。

优选的，所述磷酸氧钒锂的颗粒呈现为横截面尺寸为0.4～0.7μm，长度为0.5～2μm的棒状。

优选的，所述磷酸氧钒锂的制备方法为：

将柠檬酸、钒源化合物和水混合进行反应；

向上述反应产物中加入磷酸铵盐化合物和锂盐化合物，进行混合，蒸发除去水分，得到凝胶；

将所述凝胶进行高温煅烧，得到LiVOPO₄；

所述钒源化合物选自五氧化二钒；所述磷酸铵盐化合物选自磷酸二氢铵；所述锂盐化合物选自硝酸锂；

所述蒸发温度为100℃～120℃，所述高温煅烧温度为500～600℃，时间为0.5～2h。

优选的，还包括包覆于所述磷酸氧钒锂表面的碳层，所述碳层的厚度为4～8nm。

优选的，制备方法为：

将磷酸氧钒锂、碳源化合物和溶剂混合，得到混合浆料；

将所述混合浆料干燥，去除溶剂后，采用CVD法对所述磷酸氧钒锂进行碳包覆，得到正极活性材料；

所述碳化化合物选自葡萄糖或PVP；

所述磷酸氧钒锂与碳源化合物的质量比为(3～6)：1；

所述溶剂选自乙醇；

所述CVD法的温度为450～550℃，时间为5～8h。