[发明专利]一种水系电池钒氧化物/粘土复合正极活性材料、正极材料、正极及其制备和应用

说明书

本发明属于水系电池技术领域，具体公开了一种钒氧化物/粘土复合水系电池正极活性材料，包括二维钒氧化物和粘土材料；所述的二维钒氧化物化学式为V₁₀O₂₄·12H₂O。本发明还提供了一种所述的正极活性材料的制备方法和应用。本发明还包括包含所述的正极活性材料的正极、所述的正极的制备以及应用。本发明亲水性钒氧化物粘土水系电池复合正极活性组分的制备流程少，制备方式简单易行，且原材料来源广泛、成本低，可使正极材料具备较好的亲水性，能够解决水系电池正极材料离子扩散性能不足的问题，为水系电池实现商业化利用打下了基础。

技术领域

本发明涉及一种亲水性钒氧化物粘土水系电池复合正极活性组分及其制备方法和应用，属于电化学领域。

背景技术

能源已成为全球经济发展和社会进步最重要的驱动力，也是人类生存的基础。二次金属离子电池作为重要的电化学储能装置，可以实现可再生能源的有效利用。然而，要满足大功率储能设备和电动汽车的应用，必须具有更高的比容量和更好的速率能力。因此，开发更高能量密度和功率密度的二次电池变得越来越紧迫。

目前，多价离子电池(如Mg²⁺、Zn²⁺和Al³⁺)理论上能够提供更多的电子，其容量是锂离子电池的两到三倍。此外，与日益稀缺的锂资源相比，锌等金属天然含量丰富，能有效地降低产量。因此，水性锌离子电池以其高能量密度、环保、低成本等优点受到广泛关注。此外，它也有望成为下一代“绿色”离子电池之一。自从水系锌电池开发以来，多名研究人员已经开始了相关的研究。不幸的是，由于阴极材料的限制，水系锌电池远未达到理论容量。到目前为止，锌离子电池已经开发出多种阴极材料，如V₂O₅、MnO₂等。然而，由于Zn²⁺扩散性能差，最终会影响电池的速率能力；同时，锌离子在电极/电解质界面的输运能力也对其电化学性能有决定性的影响

在当前的研究中，陈军等(申请公布号CN201610459201.7)通过以阳离子缺陷型ZnMnxO₄/C纳米复合材料为活性物质，镶嵌在导电碳中，解决在放电过程中电极活性物质的结构形变，从而提升了提升水系锌离子电池的循环寿命；王永刚等(申请公布号CN201510182321.2)采用溶液相活性物质作为水系锂离子或钠离子电池的正极材料，并与不含任何金属元素的有机物负极构成了水系锂离子或钠离子电池体系，从而得到具有长循环寿命，较高比能量的水系电池曹殿学等(申请公布号CN201310285699.6)通过以三维隧道尖晶石结构λ-MnO₂作为活性物质，提升电池的储能性能，适合于大电流充放电。

综上，当前的技术主要是通过开发新的水系电池正极材料活性物质或者改变正极材料的结构，从而改善水系电池的电化学性能，但是在提高正极材料亲水性，提高锌离子在电极/电解质界面的输运能力方面的研究以及报道仍然较少。

发明内容

本发明针对现有水系电池正极材料离子扩散性差和电子导电率不足，提出了一种钒氧化物/粘土复合水系电池正极活性材料(本发明也简称正极活性材料)。

本发明第二目的在于，提供所述的钒氧化物/粘土复合水系电池正极活性材料的制备方法。

本发明第三目的在于，提供一种包含所述的钒氧化物/粘土复合水系电池正极活性材料的正极材料(本发明也简称正极材料)。

本发明第四目的在于，提供一种复合有所述的正极材料的水系电池正极(本发明也简称正极)。

本发明第五目的在于，提供一种包含所述的正极活性材料的水系电池。

一种钒氧化物/粘土复合水系电池正极活性材料，包括二维钒氧化物和粘土材料；所述的二维钒氧化物化学式为V₁₀O₂₄·12H₂O。