[发明专利]一种金属离子、水分子共掺杂的钒基材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属离子掺杂的钒基材料及其制备方法和应用，将Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;和Hsubgt;2/subgt;O混合均匀，充分搅拌后加入金属盐并溶解得目标溶液，目标溶液在150~220℃下水热反应12~72h，反应结束后，生成物离心洗涤处理，60~100℃真空环境中干燥、研磨，研磨后转移至马弗炉中进行高温热处理，制得金属离子、水分子共掺杂的钒基材料。本发明中，不同含量Nisupgt;2+/supgt;或Nisupgt;2+/supgt;与Cosupgt;2+/supgt;双离子嵌入钒基材料（Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;）层状结构以后，所得到的复合电极材料呈现出不同的微观形貌，金属离子与水分子共掺杂可有效提高Vsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;的导电性与稳定层间结构，具有较高的放电容量值，高循环性能、高安全性能、宽电压窗口。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种金属离子掺杂的钒基材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于输出电压高、能量密度高、并且充放电迅速等诸多优点备受青睐，已广泛应用于新能源汽车、家用电器、各种电子产品等领域。然而，目前商用的锂离子电池中均存在自身地缺陷：锂资源的短缺、三元正极材料的成本昂贵、有机电解液的安全问题等。近些年，以锌离子电池为代表的多价水系可充电电池逐渐被探索开发，锌离子电池常用正极材料包括锰基化合物、钒基化合物、普鲁士蓝类化合物、聚合物等，其中V₂O₅由于高理论容量、宽电压窗口成为锌离子电池被广泛应用的电极材料之一。Zhang等人报道了一种直接以球磨的V₂O₅作为锌离子电池正极材料，但电化学性能仍有待提高【ACS Energy Letters,2018, 3(6): 1366～1372】。目前对于V₂O₅电极材料的相关探索工作主要针对于解决其自身低导电性、晶体结构在充放电循环中中易坍塌等问题。

发明内容

针对现有技术中V₂O₅电极材料导电性低、层间结构不稳定、锌离子电池循环寿命差的问题，本发明提供了一种金属离子、水分子共掺杂的钒基材料及其制备方法和应用，利用金属离子、水分子共掺杂的钒基材料作为锌离子电池正极材料，具有较高的放电容量值，高循环性能、高安全性能、宽电压窗口。

本发明通过以下技术方案实现：

一种金属离子、水分子共掺杂的钒基材料，通过以下方法制备：

（1）将V₂O₅、H₂O₂和H₂O混合均匀，充分搅拌后加入金属盐并溶解得目标溶液；

（2）步骤（1）中的目标溶液在150~220℃下水热反应12~72h，反应结束后，生成物离心洗涤处理，60~100℃真空环境中干燥备用；

（3）对步骤（2）中真空干燥后的固体进行研磨，研磨后转移至马弗炉中进行高温热处理，制得金属离子、水分子共掺杂的钒基材料。

进一步地，步骤（1）中目标溶液中V₂O₅浓度为0.005～0.02g/mL，H₂O₂的浓度为50～200mL/L，加入的H₂O₂浓度为28~30%。

进一步地，步骤（1）混合和搅拌时将容器密封。

进一步地，所述的金属盐为镍盐和/或钴盐，金属离子与V元素的摩尔比为1：0.05~0.4。