[发明专利]多孔五氧化二钒微米球电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及五氧化二钒微米球电极材料及其制备方法，该材料可作为锌离子电池纳米正极活性材料。包括如下步骤：1)将钒源、碳源、双氧水液体依次加入去离子水中，加热搅拌溶解；2)将步骤1)所得的溶液进行喷雾干燥，获得前驱体；3)将步骤2)所得前驱体进行煅烧，即得五氧化二钒微米球。本发明的有益效果是：本发明采用喷雾干燥‑煅烧的合成方法，合成V₂O₅微米球材料。该材料作为锌离子电池正极材料，表现出高的可逆容量，良好的循环稳定性和高的倍率性能。其次，该合成方法简单，产率高，有利于市场化推广。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学领域，具体涉及五氧化二钒微米球电极材料及其制备方法，该材料可作为锌离子电池纳米正极活性材料。

背景技术

由于环境危机和煤炭石油等化石能源的枯竭，人们迫切需要发展新型环保可再生能源。但是风能、太阳能等可再生能源具有无规律和不连续性的特点，开发和利用大规模的能量存储系统已成为当前能量存储领域和热点和前沿。锂/钠离子电池等电化学能源存储系统也因为具有较高的存储效率、灵活的功率和较低维护成本等优点而备受关注。

目前大多数的锂/钠离子电池采用的是有机电解液，有机电解液在较高电压下会出现分解，电池必须在无水的条件下制作的苛刻条件也提高了其生产成本，这些因素限制了其在大型储能领域的应用。有机电解液通常有毒，具有易燃特性，使得开发更加清洁环保的二次电池显得尤为重要。水系电解液代替有机电解液有望进一步降低电池生产成本，提高安全性。目前研究的水系锂离子电池，质子在电解液中能够稳定存在的电位窗口较窄，充放电过程中有很多副反应，且电极材料在水中易溶解，同时金属锂资源有限，价格昂贵，这一系列因素限制了水系锂离子电池的发展。相较而言，锌具有低平衡电位和氢反应的高过电位，而且资源丰富、低毒性和易处理等优点，价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的二次水系锌离子电池是理想的绿色电池体系。但目前大多数水系锌离子电池正极材料的循环性能差、库伦效率较低，极大的限制了锌离子电池的商业化应用，钒系锌离子电池电极材料因具有资源丰富、价格低廉的特点，成为二次电池正极材料的研究热点。多孔V₂O₅微米球作为电极材料，可以很好的克服其他材料比表面小、导电性差、易团聚等问题，将它作为锌离子正极材料时具有较高的容量以及较长的循环性能。以蔗糖为碳源合成的多孔V₂O₅微米球在100mA g^-1下进行恒流充放电测试表明，其放电比容量可达400mAh g^-1,100次循环之后容量仍能保持290mAh g^-1,在2A g^-1的电流密度下，进行1000次循环容量仍可保持在250mAhg^-1。与之对比在氩气中煅烧形成的V_xO_y@C微米球电极材料在100mA g^-1下进行恒流充放电测试表明，其放电比容量可达340mAh g^-1，100次循环之后容量仅能保持在170mAh g^-1。

多孔V₂O₅微米球电极材料由于其容量高可以大批量的合成使其成为水系锌离子电池的潜在应用材料

发明内容

本发明的目的在于提供一种五氧化二钒微米球电极材料及制备方法，其制备过程简单，能耗较低，所得的V₂O₅微米球纳米材料具有良好的电化学性能，解决了钒系锌离子电池正极材料库伦效率较差和容量快速衰减等缺点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：五氧化二钒微米球的制备方法，包括如下步骤：

1)将钒源、碳源、双氧水液体依次加入去离子水中，加热搅拌溶解；

2)将步骤1)所得的溶液进行喷雾干燥，获得前驱体；

3)将步骤2)所得前驱体进行煅烧，即得五氧化二钒微米球。