[发明专利]一种钒酸铁锌离子电池正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及锌离子电池技术领域，为解决商业V₂O₅类锌离子电池循环稳定性差的问题，提供了一种钒酸铁锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：在双氧水溶液中加入钒源、铁源和表面活性剂，混合均匀后，得反应液，将反应液进行水热反应，制得钒酸铁锌离子电池正极材料。本发明制得的钒酸铁材料，尺寸均一、结构稳定，具有优异的锌离子电池性能，可作为锌离子电池正极材料应用，制备得到的锌离子电池具有高倍率性能、高比容量以及优异的循环稳定性，在电流密度为1 A g^‑1的测试条件下，其比容量达到220mAh g^‑1，循环时间达300个循环。

技术领域

本发明涉及锌离子电池技术领域，尤其涉及一种钒酸铁锌离子电池正极材料的制备方法及应用。

背景技术

随着全球对清洁能源需求的日益增加，发展高安全、低成本、高性能电池受到了广泛关注。锂离子电池是目前主要的电化学储能器件，已广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车等领域，但锂离子电池仍存在锂资源匮乏、成本高、有机电解液不安全等问题，极大限制了其在高安全、低成本的可穿戴电子和大规模储能领域中的应用。近年来，水系锌离子电池具有锌资源丰富、成本低、水系电解液安全性高和环境友好等优点，是一种非常重要的高安全非锂电化学储能器件。开发低成本、高容量正极材料一直是锌离子电池研究领域的难点。

钒基材料具有多价离子反应机制、高容量的特点，被广泛认为是一种非常有前景的正极材料，但是钒基块体材料存在活性位点少、离子-电子导电性差、微溶于水、充放电过程中的体积膨胀等问题，导致了其循环寿命短、容量难以发挥。因此，急需发展高容量、高倍率、长寿命的钒基正极材料，来满足锌离子电池应用的需求。

发明内容

本发明为了克服商业V₂O₅类锌离子电池循环稳定性差的问题，提供了一种尺寸均一、结构稳定、循环性能良好的钒酸铁锌离子电池正极材料的制备方法。

本发明还提供了一种采用上述方法制得的钒酸铁锌离子电池正极材料在锌离子电池中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钒酸铁锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在双氧水溶液中加入钒源、铁源和表面活性剂，混合均匀后，得反应液，将反应液进行水热反应，制得钒酸铁锌离子电池正极材料。

作为优选，所述钒源选自V₂O₅或NH₄VO₃。

作为优选，所述铁源选自Fe(NO₃)₃ 9H₂O或FeCl₃。

作为优选，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）。

作为优选，所述双氧水溶液的浓度为0.01~10mol/L。。

作为优选，所述铁盐与钒源的投料摩尔比为1：（1~50）。

作为优选，所述反应液中表面活性剂的浓度为1~15g/L。

作为优选，所述反应液中钒源的浓度为0.01~0.1mol/L。

作为优选，所述反应液中铁源的浓度为0.001~0.01mol/L。

作为优选，水热反应的温度为100~200℃，时间为10~30h。

一种采用上述方法制得的钒酸铁锌离子电池正极材料在锌离子电池中的应用。

因此，本发明具有如下有益效果：

（1）制备工艺简单、方法普适，对设备无特殊要求，可大规模产业化生产；