[发明专利]一种水系钙离子电池正极活性材料及其制备方法和应用

说明书

一种水系钙离子电池正极活性材料及其制备方法和应用。本发明属于钙离子电池领域。本发明的目的在于解决现有钙离子电池比容量低，循环性差的技术问题。正极活性材料为纳米线或纳米带状的钒酸钾；所述钒酸钾为K₂V₆O₁₆·nH₂O，其中0≤n≤2.7。方法：将偏钒酸铵和氯化钾溶于去离子水，然后调节pH值至2～4，再进行水热反应，产物离心洗涤、冷冻干燥后得到正极活性材料。将水系钙离子电池正极活性材料作为钙离子电池正极材料的组成物应用在钙离子电池中。本发明采用一步水热法合成了钒酸钾电极活性材料，其作为钙离子电池正极材料，电化学性能良好，表现了比较高的比容量和良好的循环性能，具有良好的综合电化学性能。

技术领域

本发明属于钙离子电池领域；具体涉及一种水系钙离子电池正极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的枯竭以及所带来的环境污染，导致各种可再生能源和清洁能源兴起。然而，这些可再生能源通常具有间歇性等特点。目前，锂离子电池是目前使用最广泛的二次电池，其具有高的能量密度等优点，但因锂元素地球含量相对较少，使得未来使用锂电池进行大规模储能的愿望破灭。所以，多价金属离子电池技术以低成本，更安全，高的理论比容量引起了人们的关注。其中，钙离子电池以低成本(钙元素地球储量丰富)，极化低、标准电极电势与锂接近(标准还原电位仅比锂电池高170mV)，钙离子为+2价是单价离子电荷载体的两倍等优势受到关注。因此，钙离子电池在未来有很大的发展潜能和应用前景。

然而，目前钙离子电池开发出来的正极材料种类很少，仅有普鲁士蓝及其类似物、V₂O₅、WO₃、NH₄V₄O₁₀、α-MoO₃、CaCo₂O₄、Mg_0.25V₂O₅·H₂O、K_0.31MnO₂·0.25H₂O等十种左右材料可以实现钙离子的嵌脱，然而这些材料大部分都具有比容量低，循环性能差等缺点，导致钙离子电池综合电化学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有钙离子电池比容量低，循环性差的技术问题，而提供了一种水系钙离子电池正极活性材料及其制备方法和应用。

本发明的一种水系钙离子电池正极活性材料为纳米线或纳米带状的钒酸钾；所述钒酸钾为K₂V₆O₁₆·nH₂O，其中0≤n≤2.7。

进一步限定，所述纳米线或纳米带的长度为0.5μm～1.5μm，宽度为70nm～100nm。

本发明的一种水系钙离子电池正极活性材料的制备方法按以下步骤进行：

一、将偏钒酸铵加入到去离子水中，搅拌至其完全溶解，得到淡黄色溶液，然后加入氯化钾，继续搅拌至其完全溶解，得到混合溶液；

二、调节步骤一得到的混合溶液的pH值至2～4，然后转移至反应釜中进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，得到褐绿色产物；

三、将步骤二得到的褐绿色产物进行离心洗涤，然后冷冻干燥，得到纳米线或纳米带状的钒酸钾。

进一步限定，步骤一中所述偏钒酸铵与氯化钾的摩尔比为(2～4):1。

进一步限定，步骤一中所述偏钒酸铵与氯化钾的摩尔比为3:1。

进一步限定，步骤一中所述偏钒酸铵的质量与去离子水的体积的比为(0.25～0.45)g：30mL。

进一步限定，步骤一中所述偏钒酸铵的质量与去离子水的体积的比为0.35g：30mL。