[发明专利]一种[RMIM]X离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV2

权利要求书

1.一种咪唑型离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法，其以具有优异导电性能的石墨烯-单壁碳纳米管为导电碳材料、1-丁基-3-甲基溴化咪唑[BMIM]Br、硝酸锌及偏钒酸铵为原料，采用微波辐射法合成钒酸锌纳米晶/石墨烯-多壁碳纳米管材料，该材料应用于锌离子电池的正极材料，具体步骤如下：

第一、称取0.1000～2.0000g石墨烯-多壁碳纳米管的导电碳材料，并与50mL蒸馏水充分混合后，转移到200mL石英圆底烧瓶容器中；随后再添加0.2000g[BMIM]Br离子液体，室温25℃搅拌1小时至形成均匀悬浊液a；该步骤中，所述的石墨烯-多壁碳纳米管材料的比表面积为1200～1800m²/g，该碳材料是由相互交联的石墨烯超薄纳米片交织而成，且纳米片之间的层间距为0.37纳米，且在石墨烯表面原位镶嵌了长度10～20微米、直径3～5纳米的单壁碳纳米管；

第二、将上述悬浊液a组装到带有回流装置的常压微波反应器中，反应器的辐射功率在600～1200瓦，设备加热温度调控范围80～100℃，微波辐射反应1小时，获得悬浊液b；此操作的目的是在微波反应过程中将[BMIM]Br离子液体充分吸附于石墨烯-多壁碳纳米管各个暴露面；

第三、在第二步所得的悬浊液b中，加入0.5850g偏钒酸铵NH₄VO₃固体粉末，常温搅拌1小时直至获得溶解彻底的溶液，形成悬浊液c；然后将其再次转移到带有回流装置的常压微波反应器中，反应釜的反应功率设定为600～1200瓦，内部温度设定为80～100℃，微波反应加热5min，即得吸附钒酸根的石墨烯混合悬浊液d；这第二次微波作用的创新性是将钒酸根在[BMIM]Br离子液体充分吸附于石墨烯-多壁碳纳米管的外表面，便于ZnV₂O₆在进一步合成反应中伴随着石墨烯暴露面附着原位复合特定晶面生长；

第四、在第三步所述悬浊液d中，加入浓度0.20mol/L的50mL硝酸锌溶液，室温下以50rpm速度搅拌20分钟，再将其转移到带有回流装置的常压微波反应器中，反应釜加热功率设定为600～1200瓦，反应的温度调控为80～100℃，微波辐射加热4～10小时，反应溶液经缓慢冷却到室温，获得黑色团聚悬浊液e；将其用蒸馏水洗涤5次并用乙醇润洗2次，置于80℃恒温干燥箱中加热24小时；得到绝干的黑色固体絮状粉末即为钒酸锌纳米晶/石墨烯-多壁碳纳米管电极材料；经X射线衍射测试表明：该材料中的无机材料物相为单斜相m-ZnV₂O₆，ICDD-JCPDS卡片号对应No.74-1262，空间点群：C2(No.5)，其晶胞参数指数为及β＝111.55°；经扫描电子显微镜SEM形貌测试证明：m-ZnV₂O₆纳米晶的直径为40～80纳米，其原位镶嵌在石墨烯-多壁碳纳米管表面；通过HRTEM测试表证m-ZnV₂O₆纳米晶暴露的晶面是[010]方向；

第五、将正极壳、弹片、垫片、正极活性物质、隔膜、负极活性材料和负极壳组装成扣式CR2032电池，其中正极活性物质同垫片、弹片及正极壳连接，而负极金属锌片与CR2032的负极壳充分接触，在正极与负极之间的PE隔膜浸润浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸锌水系电解液；所述正极极片是由质量比为8∶1∶1的钒酸锌纳米晶/石墨烯-多壁碳纳米管电池材料、聚偏二氟乙烯粉末、SP导电炭黑匀浆，溶剂为电池级N-甲基吡咯烷酮，将上述粉末持续匀浆2小时得到黑色膏体，再将膏体涂敷在厚度为25微米的铝箔表面，将极片放于真空干燥箱120℃恒温干燥10～24小时，获得绝干极片；负极活性材料选用高纯锌箔；组装后的锌离子电池在恒电流充放电设备上测试材料的比容量和容量保持率。