[发明专利]一种钒酸钾/还原石墨烯电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种钒酸钾/还原石墨烯电极材料及其制备方法和应用，该钒酸钾/还原石墨烯电极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将氯化钾、碘化钾、五氧化二钒、去离子水和氧化石墨烯在室温下搅拌，得到混合溶液A；2)将所述混合溶液A在一定温度下水热反应一段时间后，冷却，除杂，得到钒酸钾/还原石墨烯电极材料。本发明通过将氯化钾、碘化钾、五氧化二钒、氧化石墨烯等物质混合后，水热反应，制得钒酸钾/还原石墨烯电极材料，该电极材料中单根纳米带长度达数十微米、宽度达100‑250纳米，且各超长纳米带之间相互缠绕，使其具有优异的电化学性能，且钒系化合物替代钴系化合物在电池电极中的成功应用，大大节约了电池的制备成本。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种钒酸钾/还原石墨烯电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

相比于锂资源在地球上的有限储量且不均匀的分布，钾离子因其资源丰富、成本低廉有望应用在大规模的储能中。层状过渡金属钒系化合物作为典型的钾离子正极材料具有很好的发展前景，钒的地球储量是钴的几倍，相对未开发，闲置产能丰富，从已经存在的经济技术层面分析，钒基阴极在下一代电池的特定应用中取代钴，实现大规格应用具有可行性。但是由于普通钒基化合物不具备良好的电化学性能，直接用作电极材料非常不理想，所以必须采取碳包覆或者贵金属包覆等策略来提高材料的导电性。

石墨烯具有良好的导电性、较高的化学稳定性和热稳定性，可以广泛应用于复合材料，提高活性物质的电化学性能。并且在传统的浆料铸造方法中，粘结剂通常用于将单个活性材料与导电添加剂结合，但是粘结剂一般采用电化学绝缘，降低了整体能量密度和循环稳定性。因此，无粘结电极为高性能钾离子电池等提供了广阔的发展前景。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钒酸钾/还原石墨烯电极材料的制备方法，以解决现有电池用电极材料电化学性能较低且制备成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钒酸钾/还原石墨烯电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氯化钾、碘化钾、五氧化二钒、去离子水和氧化石墨烯在室温下搅拌，得到混合溶液A；

2)将所述混合溶液A在一定温度下水热反应一段时间后，冷却，除杂，得到钒酸钾/还原石墨烯电极材料。

可选地，所述步骤1)中1L所述去离子水中，所述氯化钾的质量为74-75g，所述碘化钾的质量为8-8.5g，所述五氧化二钒的质量为6-6.5g，所述氧化石墨烯的质量为0.1-0.2g。

本发明的第二目的在于提供一种钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极的制备方法，该制备方法，包括以下步骤：将上述钒酸钾/还原石墨烯电极材料的制备方法制得的钒酸钾/还原石墨烯电极材料通过真空抽滤的方法附着到集流体上，得到钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极。

可选地，所述真空抽滤的滤膜为有机滤膜，所述有机滤膜的孔径为22μm。

本发明的第三目的在于提供一种钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极，该钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极由上述钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极的制备方法制得。

本发明的第四目的在于提供一种钾离子电池，该钾离子电池包括正极，所述正极主要由上述钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极制得。

本发明的第五目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极，所述正极主要由上述钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极制得。

本发明的第六目的在于提供一种钠离子电池，该钠离子电池包括正极，所述正极主要由上述钒酸钾/还原石墨烯薄膜电极制得。

相对于现有技术，本发明所述的钒酸钾/还原石墨烯电极材料的制备方法具有以下优势：