[发明专利]锌离子电池负极及其活性材料的制备方法、锌离子电池

说明书

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种锌离子电池负极及其活性材料的制备方法，以及一种锌离子电池。其中，锌离子电池负极活性材料的制备方法，包括步骤：获取原料组分，所述原料组分包括钒源和硫源；将所述原料组分溶解在溶剂中，进行水热反应，得到四硫化钒负极活性材料。本申请提供的制备方法，工艺简单，制备的纳米四硫化钒负极活性材料，提供了大量可供锌离子嵌入和脱出的活性位点，提高锌离子迁移动力学，降低锌枝晶的生长，从而提高负极材料的循环稳定性。同时，纳米四硫化钒负极活性材料的电势相对较低，将其作为负极材料与锌离子正极有较高的配合度，较低的电势可以更好的保持材料的结构的稳定性，从而进一步提高材料的循环性能。

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种锌离子电池负极活性材料及其制备方法，以及一种锌离子电池。

背景技术

目前市场上的中小型商业化电池大部分都为锂离子电池，锂离子电池自实现商业化以来，具有放电电压高、能量密度大、自放电小、循环性能好等优点，使其在许多设备上进行了充分的应用。但在应用的过程中，锂离子电池，以镍钴锰三元锂离子电池为例，主要存在以下缺点：1、目前市场上的主流锂离子电池普遍含钴以及有机电解质，其有毒性存在生产安全问题。2、电池在运行过程中气体析出以及锂枝晶生长造成的使用安全问题。3、锂、钴等资源稀缺且分布不均造成的生产成本问题。

因此，开发替代锂离子电池的新型金属离子电池一直是领域内的重要课题。其中，水系锌离子电池因其具有电极材料资源丰富、电解液安全环保、生产工艺简单以及成本低廉等优点而被人们广泛研究。然而，目前对锌离子电池电极材料的研究大部分集中于正极材料的研究与开发上，对于水系锌离子电池的负极材料仍然以使用简单的锌片为主。而锌片负极表现出由锌枝晶生长、析氢反应和锌腐蚀引起的相对较差的循环性能，其中锌枝晶的生长是制约锌基体系循环性能的主要问题之一。因此，开发适合水系锌离子电池的负极材料是一个巨大且迫切的挑战。

发明内容

本申请的目的在于提供一种锌离子电池负极及其活性材料的制备方法，以及一种锌离子电池，旨在一定程度上解决现有锌离子电池锌片负极存在锌枝晶生长、析氢反应、锌腐蚀等导致电池循环性能差的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种锌离子电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

获取原料组分，所述原料组分包括钒源和硫源；

将所述原料组分溶解在溶剂中，进行水热反应，得到四硫化钒负极活性材料。

进一步地，所述原料组分还包括导电结构材料、金属掺杂材料中的至少一种复合材料；

所述水热反应的步骤包括：将所述复合材料与所述钒源和所述硫源溶解在溶剂中，进行水热反应，得到四硫化钒复合负极活性材料。

进一步地，所述硫源、所述钒源和所述复合材料之比为(4～7)mol：1mol：(20～60)g。

进一步地，所述水热反应的条件包括：在温度为120～200℃、压力为0.5～0.9MPa的条件下反应4～24小时。

进一步地，所述钒源选自NH₄VO₃、NaVO₃、Na₃VO₄中的至少一种。

进一步地，所述硫源选自CH₃CSNH₂、CH₄N₂S中的至少一种，

进一步地，所述溶剂选自水或水与醇类溶剂的混合溶剂。

进一步地，所述金属掺杂材料选自铁盐、钴盐、镍盐、锰盐、钼盐中的至少一种。