[发明专利]钒酸铵电极材料、制备方法及在水系锌离子电池的应用

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种钒酸铵电极材料、制备方法及在水系锌离子电池的应用，将偏钒酸铵倒入去离子水中搅拌，等待溶液搅拌均匀；加入NaOH和NaCO₃，持续一段时间后，滴加双氧水，搅拌；用硝酸调节溶液pH，继续搅拌至均匀溶液；将溶液倒入不锈钢高压釜中，持续一段时间，待高压釜冷却至室温后，过滤，收集沉淀；将所得沉淀在空气中干燥得到NNVO，呈现出纳米带结构。本发明在引入钠离子插层后，电化学性能得到了较大的提升，从倍率性能力来看，无论在低电流密度还是高电流密度，他的容量都有很明显的优势；特别是在5Ag^‑1的高电流密度的长循环下，本发明的NNVO的容量仍能达到182.5mAhg^‑1，提高了接近80％。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种钒酸铵电极材料、制备方法及在水系锌离子电池的应用。

背景技术

近几十年来，锂离子电池以其优异的能量密度和较长的循环寿命成为了储能器件领域的一大话题。尽管有这些优点，锂资源的稀缺和有机电解液的可燃性，极大的限制了锂离子电池的应用。因此，水系锌离子电池被提出。水系锌离子电池具有低成本、高的理论容量(5585mAh cm^-3)和负氧化还原电位等优点。但作为有望改变锂离子电池的设施，锌离子电池仍处于原始状态。锌离子的静电斥力和低电位窗阻碍了它们的可逆能力。因此，制备适宜的正极材料以提高锌离子的扩散速率，锌离子的可逆插层是一个有效的方法。钒基材料由于其多层晶格结构和钒的多价态，无疑成为了水系锌离子电池阴极材料。对于钒基材料而言，它在高电流密度下具有良好的电化学性能，但在低电流密度下循环性能较差，这主要是由于静电相互作用和钒的内在溶解。锌离子与钒氧层之间的静电相互作用将导致离子扩散缓慢，产生不可逆的含锌钒副产物。钒的内在溶解是由水电解质对水的侵蚀引起的，它会导致层状结构的崩塌和容量的衰退。因此提高层状晶格间的键能是解决上述问题的有效方法。

对于(NH₄)₂V₆O₁₆现有技术一般是以偏钒酸铵为前驱体，溶于水中后水热而成，此方法无法保证水热过程中所形成的是否存在结合水。因此在此基础上，引入了钠离子的掺杂，它插入于钒氧层中提高了界面结合能、也晶体结构中结合水的稳定性。一步生成的钠离子插层(NH₄)₂V₆O₁₆(NNVO)不仅实验步骤简单，还提高了钒酸铵作为水系锌离子电池阴极材料的电化学性能。因此，急需设计一种新的钒酸铵电极材料的制备方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)锂资源的稀缺和有机电解液的可燃性，极大限制了锂离子电池的应用；锌离子电池的使用仍处于原始状态，锌离子的静电斥力和低电位窗阻碍了其可逆能力。

(2)对于钒基材料而言，在高电流密度下具有良好的电化学性能；但由于静电相互作用和钒的内在溶解，钒基材料在低电流密度下循环性能较差。

(3)锌离子与钒氧层之间的静电相互作用将导致离子扩散缓慢，产生不可逆的含锌钒副产物；水电解质对水的侵蚀引起钒的内在溶解，它会导致层状结构的崩塌和容量的衰退。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种钒酸铵电极材料、制备方法及在水系锌离子电池的应用。

本发明是这样实现的，一种钒酸铵电极材料的制备方法，所述钒酸铵电极材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将偏钒酸铵倒入去离子水中搅拌，等待溶液搅拌均匀；

步骤二，加入NaOH和NaCO₃，持续一段时间后，滴加双氧水，搅拌；

步骤三，用硝酸调节溶液pH，继续搅拌至均匀溶液；