[发明专利]一种[RMIM]X离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV2

说明书

本发明专利涉及一种[RMIM]X离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法。本发明采用[RMIM]X(阳离子R为1‑烷基‑3‑甲基咪唑，阴离子X为氯离子、溴离子、硝酸根离子、硫酸根离子、四氟硼酸根离子或醋酸根离子中的一种或几种)离子液体辅助微波辐射法来制备钒酸锌纳米晶/石墨烯‑多壁碳纳米管材料，该制备过程具有节能高效、产物结构可控性强、重现性好、成本低廉等优点；所得到的钒酸锌纳米晶/石墨烯‑多壁碳纳米管材料具有优异的循环稳定性为提升锌离子电池的综合电化学性能提供了奠定良好的基础。

技术领域

本发明涉及锌离子电池材料合成与应用领域，特别是一种[RMIM]X离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法。

背景技术

水系锌离子电池是一种新型二次能源电池，采用高纯金属锌为负极、以含有 Zn²⁺的水溶液为高电导率电解质、而正极是含锌化合物的电池材料；在电池反应中，通过Zn²⁺在正极材料晶格中的可逆嵌入和脱出，同时在负极表面上的沉积和溶解实现化学能向电能的可逆转化；拥有安全稳定、资源丰富、成本低、环境及好等优点，可应用到军用和民用各个领域。但该类锌离子二次电池需要迫切解决的关键关键问题是：比能量密度、比体积密度、比功率密度及循环稳定性距离产业化规模应用还有一定差距。更关键的是，锌离子电池是正极限量的电池体系，即电池总容量取决于正极材料。目前锌离子电池中正极材料有钒酸盐、锰氧化物、锌基配合物等；在上述正极材料中，金属钒酸盐正极材料的层状晶体结构而具有优异倍率性能和循环稳定性等优点，得到广泛研究。

在金属钒酸盐中，ZnV₂O₆由于具有可逆的离子脱嵌能力、高电化学容量及循环稳定性，是过去研究非水系和碱性(Li和Na)离子电池的主要研究材料之一(Haowen Liu，Dingguo Tang.Synthesis of ZnV₂O₆ powder and its cathodic performance forlithium secondary battery[J].Mater Chem Phys，2009，114： 656-659)。钒酸锌微纳米材料的常用合成方法有水热(溶剂)法(Abdullah Bafaqeer， Muhammad Tahir，Nor AishahSaidina Amin.Synthesis of hierarchical ZnV₂O ₆ nanosheets with enhancedactivity and stability for visible light driven CO₂ reduction to solar fuels[J].Appl Surf Sci.，2018，435：953-962)、溶胶/凝胶法(Ruilian Tang，Yan Li，Nana Li，Dandan Han，Hui Li，Yongsheng Zhao，Chunxiao Gao，Pinwen Zhu，Xin Wang.ReversibleStructural Phase Transition in ZnV₂O₆ at High Pressures[J].J.Phys. Chem.A，2014，118：10560-10566)等。虽然所制备的ZnV₂O₆电极材料在首次电化学比容量取得可喜成果，但在批量合成高导电率微纳米化复合材料仍然存在巨大挑战。

为解决尚存关键科学问题，本发明提供一种[RMIM]X离子液体辅助微波辐射法原位复合ZnV₂O₆/石墨烯的合成方法，其以优异导电性能的石墨烯-单壁碳纳米管为导电碳源材料、咪唑盐型离子液[RMIM]X为结构导向剂、硝酸锌和偏钒酸铵为原料，采用微波辐射法在石墨烯表面原位复合以制得钒酸锌纳米晶/石墨烯-多壁碳纳米管材料。其中咪唑盐型离子液[RMIM]X纯度为90.0～99.9wt％，化学结构式如下所示：