[发明专利]一种钒酸钙复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种钒酸钙复合材料及其制备方法，还涉及一种上述钒酸钙复合材料的应用。本发明的钒酸钙复合材料为由石墨烯材料和CaV₄O₉形成的片状复合材料；所述石墨烯材料和CaV₄O₉的质量比为1：(35～40)。本发明的钒酸钙复合材料将CaV₄O₉与石墨烯材料复合在一起，具有较好的导电性以及电化学性能。本发明的钒酸钙复合材料作为水系锌离子电池的正极活性材料使用时，电化学性能优异，具有良好的循环稳定性和优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种钒酸钙复合材料及其制备方法，还涉及一种上述钒酸钙复合材料的应用。

背景技术

现在市场上用的比较多的就是铅酸电池、镍镉、镍氢以及锂离子电池。铅酸和镍镉电池中分别含有大量有害、污染环境的重金属铅和镉；镍氢电池采用了昂贵的稀有金属，且自放电率高；而锂属于稀有金属，资源稀缺，价格昂贵，使得锂离子电池在大型电能储存系统中的应用受到限制。因此，在动力电池领域均需要寻找一种成本低廉、资源丰富、绿色环保的二次电池体系。

目前以锌为负极的水系锌离子电池引起了人们的格外关注，不同于一价金属离子，二价锌离子在充放电过程中携带的电荷量加倍，电池功率密度大。对于水系锌离子电池而言，正极活性材料是制约其发展的关键因素。目前，水系锌离子电池正极活性材料的研究主要集中在钒基材料、锰基材料，其中钒基材料显示出相对稳定的恒流充电电性能。但是目前常用的钒基材料主要为五氧化二钒、二硫化钒等导电性能较差的材料，使得水系锌离子电池的大倍率性能以及循环稳定性等电化学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒酸钙复合材料，该钒酸钙复合材料具有较好的导电性以及电化学性能。

本发明的目的还在于提供一种上述钒酸钙复合材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种上述钒酸钙复合材料作为水系锌离子正极活性材料的应用，该钒酸钙复合材料作为水系锌离子正极活性材料使用时具有较好的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钒酸钙复合材料，为由石墨烯材料和CaV₄O₉形成的片状复合材料，所述石墨烯材料和CaV₄O₉的质量比为1：(35～40)。

CaV₄O₉材料具有较好的电化学性能，石墨烯材料具有较好的导电性能。本发明的钒酸钙复合材料由CaV₄O₉与石墨烯材料复合而成，通过对CaV₄O₉与石墨烯材料的质量比的控制使得钒酸钙复合材料具有优异的电化学性能以及导电性。同时，本发明的钒酸钙复合材料为片状结构，振实密度高。本发明的钒酸钙复合材料作为水系锌离子电池的正极活性材料使用时，由于其优异的性质使得水系锌离子电池较好的电化学性能。

优选的，所用石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯中的至少一种。

一种上述钒酸钙复合材料的制备方法，包括以下步骤：将钒源、钙源、石墨烯材料、丙三醇于水中进行水热反应，然后固液分离，得前驱体；然后将前驱体在保护气氛下于300～600℃温度下进行热处理，即得；所述钒源为五氧化二钒。

采用本发明的制备方法制得的钒酸钙复合材料的颗粒较小，粒径分布均匀，作为水系锌离子电池的电极材料使用时增加了电极的有效反应面积和锌离子进出的通道，减少了电极的极化效应。