[发明专利]一种水系锌离子电池正极用异质结结构纳米线的制备方法

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池正极用异质结结构纳米线的制备方法，包括：取偏钒酸铵溶解在去离子水中，再加入正烷基苯磺酸盐或正烷基硫酸盐，溶解得到前驱体溶液；将前驱体溶液转移到反应釜中进行反应，反应后的产物冷却至室温后，进行清洗和冷冻干燥；取上述冷冻干燥后的产物在空气条件下进行高温重结晶以获得具有异质结结构的纳米线。本方法获得的异质结结构的纳米线具有独特的形貌结构，应用于水系锌离子电池，可以缓解水系锌离子电池正极材料因锌离子的嵌入和脱出造成的结构的破坏，进而获得优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体是一种水系锌离子电池正极用异质结结构纳米线的制备方法。

背景技术

环境污染的加剧和传统化石能源的枯竭以及当前二次储能系统的安全问题的初露端倪，对电池提出了越来越高的要求。而在这方面，具有中等pH值(或弱酸性)电解质的水性锌离子电池有望满足安全性大规模的储能需求。然而由于锌离子的相对较小的离子半径(74pm)，锌离子与电解质中水分子之间的静电相互作用形成了一个稳定的笼形结构，尺寸为另外，锌离子与阴极材料的晶体结构之间的静电相互作用比锂离子的静电相互作用强得多，因此，它将对寻求合适的插入材料提出苛刻的要求。

锌离子的正极材料主要包括锰氧化物、布鲁士蓝衍生物以及钒基材等。其中，层状钒基材料由于其高比容量，丰富的资源和低成本被认为是最具潜力的锌离子正极材料。Liang等(Zhou J,Shan L,Wu Z,et al.Investigation of V₂O₅ as a low-costrechargeable aqueous zinc ion battery cathode[J].Chemical communications,2018,54(35):4457-4460.)使用V₂O₅正极开发了一种低成本的水系锌离子电池，在电流密度为100mA/g时具有224mA·h/g的高比容量。但由于在放电/充电过程中锌离子的嵌入和脱嵌，V₂O₅的层间距发生不可逆的改变，因此正电极材料的结构破坏不可避免地会影响锌离子电池长周期电化学稳定性。金属阳离子的嵌入不仅可以扩大层间距便于锌离子的嵌入和脱出，还能充当柱子稳定层状结构。He等(He P,Zhang G,Liao X,et al.Sodium IonStabilized Vanadium Oxide Nanowire Cathode for High-Performance Zinc-IonBatteries[J].Advanced Energy Materials,2018,8(10):1702463.)利用水热法制备了Na_0.33V₂O₅纳米线，其用于锌离子电池时表现出优异的比容量(电流密度为100mA/g时比容量为367.1mA·h/g)和循环稳定性(1000圈循环后容量保留率为93％)。而相比较于层状的钒氧化物，通道型的金属离子掺杂的钒基材料具有有限的存储锌离子的空间，即较低的比容量。因此制备一种合适的正极材料显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种水系锌离子电池正极用异质结结构纳米线的制备方法。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种水系锌离子电池正极用异质结结构纳米线的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)前驱体溶液的制备：取偏钒酸铵溶解在去离子水中，再加入正烷基苯磺酸盐或正烷基硫酸盐，溶解得到前驱体溶液；

(2)前驱体纳米线的制备：将前驱体溶液转移到反应釜中进行反应，反应后的产物冷却至室温后，进行清洗和冷冻干燥；

(3)高温重结晶过程：取上述冷冻干燥后的产物在空气条件下进行高温重结晶以获得具有异质结结构的纳米线。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：