[发明专利]一种锌离子电池中原位复合特定晶面生长ZnV2

说明书

本发明涉及一种锌离子电池中离子液体辅助原位复合特定晶面生长ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;/GN‑SWCNTS材料的方法。此方法以高比表面积石墨烯/单壁碳纳米管材料、三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14][Cl])离子液体、硝酸锌及偏钒酸铵为原料，采用离子液体辅助微波辐射法在石墨烯表面原位复合特定晶面生长ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;纳米棒，该纳米棒直径为40～80nm、长度为20～30um。离子液体辅助微波辐射法具有复合材料表面附着均匀，操作简单，反应时间短，高效节能，实验参数易调控的优点，通过该方法制备的ZnVsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;纳米复合电极材料比面积高、导电性佳，其作为锌离子电池中正极材料展现出良好储锌性能，为提升锌离子电池的综合电化学性能提供良好的技术基础和实践经验。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及应用领域，特别是一种锌离子电池中原位复合特定晶面生长ZnV₂O₆/GN-SWCNTS材料的方法。

背景技术

近年来，随着智能电网、电动汽车的飞速发展及人类对太阳能、风能、潮汐能、地热能等间歇性可再生能源的日益青睐，大规模储能电站的开发势在必行。锌离子电池作为新型二次电池，不仅具备优良的电化学性能潜力，还兼顾价格低廉、环保友好、资源丰富等社会经济评价指标，是下一代大规模储能技术的理想选择之一。锌离子电池中负极使用高纯金属锌、电解液为含Zn²⁺的水溶液，正极材料可选用钒基化合物、锰基化合物、普鲁士蓝类似物等含锌化合物。在锌离子电池内部，Zn²⁺在正极材料中可逆快速嵌入和脱出，并实现Zn²⁺在含Zn²⁺电解液中高效的沉积和溶解而完成充放电工序，最终满足能量储存与转化的应用需求。值得关注的是，ZnV₂O₆作为锌离子电池中正极材料具有良好的结构稳定性，在电化学储能容量和离子可逆脱嵌能力方面表现优异；但其本体材料比表面积低、导电性差等特性导致实际锌离子电池比容量偏低、循环稳定性差的突出问题。因此，正极材料ZnV₂O₆导电率优化和小尺寸化是增强材料储锌能力，改善锌离子电池综合电化学性能的重要途径(Y.Sun，C.S.Li，Q.R.Yang，S.L.Chou，H.K.Liu，Electrochim.Acta.，2016，205，62-69)。

就锌离子电池的ZnV₂O₆正极材料而言，常用合成方法有水热(溶剂)法、高温固相法等、光催化法、沉积法等(A.Bafaqeer，M.Tahir，N.A.S.Amin，J.Appl.Catal.B-Enviro.，2019，242，312-326；Y.Sun，C.S.Li，L.N.Wang，Y.Z.Wang，X.G.Ma，P.J.Ma，M.Y.Song，RSCAdv.，2012，2，8110-8115；A.Bafaqeer，M.Tahir，N.A.S.Amin，J.Appl.Surf.Sci.，2018，435，953-962)。但是传统工艺在快速合成尺寸均匀，形貌规整的ZnV₂O₆纳米材料方面还存在一定的科学和技术难度。值得研究的是用离子液体辅助微波辐射法，在高效可控制备纳米材料方面具有明显优势，微波辐射可快速传热，使ZnV₂O₆在电磁场中因介质损耗而产生介电热效应，从而加速成核反应，缩短反应陈化时间，提高复合材料原位合成效率；通过对离子液体及反应体系参数的连续调节，可实现对纳米晶的维度、负载量、尺寸、表面性质进行有效调控，为该纳米材料的合成和应用性能优化提供新的研究思路。