[发明专利]一种钒基化合物Zn3V3O8及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种钒酸锌作为锂离子电池负极材料应用的制备方法，属于电化学新型材料领域。

技术背景：

锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池，它具有工作电压高，比容量高，比功率大，充放电电位曲线平稳，循环寿命长，无记忆效应，自放电小，环境友好等优点，因而广泛应用于笔记本电脑，手机等移动便携设备。此外，锂离子电池也被视为是未来电动交通工具、野战通讯领域的理想电源。回顾锂离子电池的发展，不难发现，新材料的发现及其在锂离子电池中的应用是促进锂离子电池发展的关键。比如，锂离子电池的出现依赖于正极材料LiCoO₂以及负极材料石墨的应用。随后新型正极材料LiFePO₄，负极材料Li₄Ti₅O₁₂的研发对锂离子电池的发展长生了重要推动作用。新型正、负极材料的研发在锂离子电池发展过程中始终扮演着重要角色。钒基化合物材料由于其成本低廉、储量丰富、具有多价态等特点，成为了一类典型的电极材料。例如磷酸钒锂、钒酸锂、钒酸镍和钒酸锰等作为锂离子电池正、负极材料显示了优异的电化学性能。因此，发展简单方法制备新型钒基化合物材料并研究其电化学性能具有重要的意义。

钒酸锌也是一类典型的钒基化合物，在锂离子电池及超级电容中具有潜在应用价值。到目前为止，关于钒酸锌材料应用主要有：文献[J. Sun, C. S. Li, L. N. Wang and Y. Z. Wang, RSC Adv., 2012, 2,8110]中报道了ZnV₂O₆作为锂离子电池负极材料的电化学性能，[L.H. G, D.R. Deng, Y.J. Zhang, G. Li, X.Y. Wang, L. Jiang and C.R. Wang, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 2461]中报道了Zn₃V₂O₈作为锂离子电池负极材料的电化学性能，[L.F. Xiao, Y.Q. Zhao, J. Yin, L.Z. Zhang, Chem. Eur. J, 2009,15,9442]和文献[F. Duan, W.F. Dong, D.J. Shi, M.Q. Chen, Appl Surf Sci, 2011,258,189]中报道了ZnV₂O₄作为锂离子电池负极材料的电化学性能, 文献[Nulu Venugopal and Woo-Sik Kim, DOI 10.1007/s11814-014-0392-9]中报道了ZnV₂O₄作为超级电容器电极材料的电化学性能。

目前，关于Zn₃V₃O₈制备方法的研究开展得较少，Zn₃V₃O₈在锂离子电池中的应用尚未见报道。基于以上背景，本专利发明一种制备片状Zn₃V₃O₈材料的新方法。将其和天然石墨复合并作为锂离子电池负极材料显示了明显了充、放电平台和良好的循环性能，表明其在锂离子电池中有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于以乙酸锌、偏钒酸铵和葡萄糖为原料，通过水热及后续热处理工艺制备片状的可作为锂离子电池负极材料使用的Zn₃V₃O₈。其原理就是利用水热条件下的高温、高压环境促进溶液中化学反应过程，得到具有特殊形貌的Zn₃V₃O₈前驱体，结合热处理制备形貌为纳米片和纳米颗粒的Zn₃V₃O₈。

所述钒基化合物Zn₃V₃O₈的制备方法具体步骤为：

（1）将纯度为99.9%以上的乙酸锌、偏钒酸铵分别称取1 mmol，再称取葡萄糖2 mmol；

（2）将步骤（1）原料放置于烧杯中加蒸馏水搅拌30分钟，形成黄色均匀悬浊液；

（3）将步骤（2）的均匀溶液转移至水热反应釜中于160℃反应24 h，将反应产物离心、烘干、收集；