[发明专利]一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池

说明书

一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池，涉及锌离子电池领域。制备方法包括将钒源、氧化剂和燃料溶于水中并混合均匀得到混合相，将混合相经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料。钒源包括NH4VO3。氧化剂包括NH4NO3。燃料包括CO(NH2)2、C2H5O2N、C6H8O7、C6H12O6中至少一者。正极材料通过以上方法获得，锌离子电池采用了该正极材料。其流程简单、高效，成本低廉，制得的锌离子电池正极材料具有更优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锌离子电池领域，具体而言，涉及一种锌离子电池正极材料制备方法、锌离子电池正极材料及锌离子电池。

背景技术

随着人们对大功率设备的日益依赖，开发先进、可持续的能源系统已成为迫切需要。电池作为一种主要的储能装置，其开发和研究应实施清洁、生态和环境友好的可持续发展战略。锂离子电池由于其高能量密度在过去的三十年内已经得到了深入的研究并实现了大规模的商业化应用，但其成本高、安全性低的问题也促使人们寻求其它高效的替代装置。而基于Zn2+、Ca2+、Mg2+和Al3+等多价金属离子的水系可充电电池由于多价态离子储能效率高、水系电解液的离子导电性高、安全性好等优点有望替代锂离子电池成为新一代储能电池。

其中，锌离子电池(ZIB)由于具有毒性低、体积能量密度可达到5855Wh·L-1、环境友好且存在合适的负极材料(即金属锌)等特点而备受关注。因此开发高性能的锌离子电池正极材料对于实现锌离子电池的大规模应用具有重要意义。目前主要的锌离子电池正极材料包括钒氧化物、锰氧化物、钼氧化物及普鲁士蓝衍生物等。其中钒氧化物具有储量大、价态多等优点，且其典型的层状结构有利于锌离子的迁移。比如五氧化二钒是钒氧化物中氧化态最高，也是最稳定的氧化物，钒原子和氧原子以V-O共价键结合在一起，组成特殊的层状结构。每个单元是由一个V原子与5个O原子结合而成的三角形四方锥结构，他们通过共顶点的方式连接在一起。层内力为强共价键，层与层之间是靠较弱的范德华力结合在一起，因此大量的金属离子、无机或有机原子，离子，分子可以插入其中。钒氧化物具有成本低、无污染，比容量大，能量密度高等优点。

目前，国内外制备钒氧化物的常见方法有沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法、静电纺丝法、模板法、诱导法等，这些制备方法虽然各有优势，但均存在制备工艺复杂、效率低、成本高等问题，不利于锌离子电池的推广使用。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种锌离子电池正极材料制备方法，其流程简单、高效，易于操作和执行，成本低廉，对设备的要求更低，有利于进一步提高生产效率并降低生产成本；制得的锌离子电池正极材料具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。

本发明的第二个目的在于提供一种锌离子电池正极材料，其具有更高的均匀度，能够达到原子、分子级的均匀混合，各成分能精确控制且分布均匀，材料性能稳定性更高。

本发明的第三个目的在于提供一种锌离子电池，其电极具有更高的均匀度和性能稳定性，锌离子嵌入和脱出的速率更加平衡、稳定，电池充放电性能更好，电池衰老更加缓慢。

本发明的实施例是这样实现的：

一种锌离子电池正极材料制备方法，其包括：将钒源、氧化剂和燃料溶于水中并混合均匀得到混合相，将混合相经低温燃烧反应得到锌离子电池正极材料。

其中，钒源包括NH₄VO₃。氧化剂包括NH₄NO₃。燃料包括CO(NH₂)₂、C₂H₅O₂N、C₆H₈O₇、C₆H₁₂O₆中至少一者。