[发明专利]一种同时带有阴/阳离子空位的WO3

说明书

本发明公开了一种同时带有阴/阳离子空位的WO₃镁离子电池正极材料，属于电池材料技术领域。将二水合钨酸钠和葡萄糖按1:1的摩尔比分别配置成浓度为0.25M的水溶液，并混合均匀，逐滴滴加1M的盐酸，调节混合溶液的PH值至2，在反应釜中，于180℃水热8h；分别用去离子水和乙醇清洗，烘干，得到镁离子电池正极材料V_W‑O/WO₃。本发明通过一步水热法实现了在WO₃中同时构筑阴离子(氧)空位和阳离子(钨)空位，以暴露更多的活性位点，提高导电性，维持结构稳定，并促进镁离子扩散。由其作为正极材料组装的镁离子电池，具有高比容量，优异的循环稳定性和倍率性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种同时带有阴/阳离子空位的WO₃镁离子电池正极材料。

背景技术

镁离子电池具有低成本、高理论比容量和高安全性等特点，已经引起了广泛关注，并表现出巨大的应用潜力。目前，镁离子电池发展的关键挑战之一是开发出具有高性能的宿主正极材料。六方相WO₃是一种畸变的ReO₃型结构，这是ABO₃钙钛矿结构中缺少A位点阳离子的结果。其中六个O原子形成一个规则的八面体，W原子在其中心位置，并且相邻的WO₆八面体通过边共享的方式实现晶格通道连接，有利于镁离子的插入(参见文献：One-stephydrothermal synthesis of 2D WO₃ nanoplates@graphene nanocomposite withsuperior anode performance for lithium ion battery,Dang etal.Electrochim.Acta,2019,313,99-108)。因此，六方相WO₃有望成为一种极具应用潜力的镁离子电池正极材料。然而，半导体WO₃的导电性较差，这将引起镁离子在WO₃中的扩散缓慢，从而不能充分利用活性位点等问题，WO₃作为镁离子电池正极材料的电化学性能并不理想。因此，对WO₃进行修饰改性以满足镁离子电池的发展需求，是一项有意义的研究工作。

在众多正极材料修饰策略中，空位工程在提高电化学性能的显著优势在于，可以同时调控活性材料的电子结构、活性位点数量以及导电性(参见文献：Recent progress ofvacancy engineering for electrochemical energy conversion relatedapplications,Wu et al.Adv.Funct.Mater.,2020,31,2009070)。无论是阴离子空位还是阳离子空位都可以改变电荷分布，进而影响材料的导电性以及带隙结构，并且重新分布的电子密度会加速电荷的转移，以提高电化学反应活性。此外，空位还可以为镁离子的吸附提供丰富的电化学活性位点，使电极材料在循环过程中表现出增强的电化学反应活性和比容量。在结构中同时存在的阳离子空位和阴离子空位，会使活性材料同时发挥出阳离子空位和阴离子空位的优势(参见文献：Layered double hydroxide nanosheets with multiplevacancies obtained by dry exfoliation as highly efficient oxygen evolutionelectrocatalysts,Wang et al.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,2017,56,5867-5871)，通过阴离子/阳离子空位的协同作用，提供丰富的电子或声子，并且在镁离子占据活性位点时促进电荷的转移，同时保持结构的稳定性，以提升电化学性能。因此，在WO₃中同时构筑阴离子空位和阳离子空位可以提高其储镁性能，然而，相关工作尚未见报道。