一种通过锌离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过锌离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法。首先以商业化五氧化二钒（V2O5）粉体为钒源，六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）为锌源，双氧水（H2O2）为助溶剂，采用溶胶‑凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备Zn

【技术实现步骤摘要】
一种通过锌离子预嵌提高五氧化二钒电极材料储钠性能的方法
本专利技术涉及钠离子电池正极材料的
，具体涉及一种通过适量的Zn2+预嵌提高五氧化二钒(V2O5·nH2O)电极材料储钠性能的方法。
技术介绍
近年来，随着传统化石能源的快速消耗，以及其引发的能源匮乏、环境污染等问题日渐引起了人们的关注。因此，开发新型高效清洁能源势在必行，能源转换存储装置是新能源的重要载体。在众多能源转换存储装置中锂离子电池凭借其能量密度高和环境友好等优点，目前已经被广泛应用到航空航天、便携式电子设备等领域。然而单一金属锂资源的快速消耗，导致锂离子电池制作成本大大提升。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作机制，使得该电池配置和工艺可用于工业化制造，且金属钠在地壳中分布(23000ppm)远大于金属锂(17ppm)，价格低廉，可以大大降低电池制作成本。然而，由于钠离子半径较大，嵌/脱反应过程进行缓慢，同时钠离子嵌/脱过程对电极材料结构的破坏较大，从而影响电极材料的储钠性能。因此开发高性能的电极材料是钠离子电池发展的关键。具有典型双层结构的五氧化二钒(V2O5·nH2O)因其储量丰富、容易制备和层间距大等优点，被认为是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。然而，V2O5·nH2O层状结构不稳定和固有导电性差的缺点严重影响了其储钠性能。研究发现，金属阳离子预嵌能够改变材料的本征结构，提高晶体结构的稳定性和电子导电性，同时扩大和稳定离子在材料中的扩散通道，从根本上提升V2O5·nH2O的储钠性能。金属锌具有氧化还原电位低、无毒和价格低廉等优点，且在电池领域(锌锰干电池/锌空气电池)已经被广泛应用和研究。因此，Zn2+是一种非常有研究价值的预嵌金属阳离子。本专利技术提出一种采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术，将Zn2+预嵌入V2O5·nH2O材料层间，从根本上提升电极材料自身的结构稳定性和电子导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过适量的Zn2+预嵌提高V2O5·nH2O钠离子电池正极材料的循环稳定性和大倍率充放电性能。具体步骤为：(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比浓度为30％的H2O2，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散，并按照六水合硝酸锌中的锌(Zn)与步骤(1)得到的凝胶中的钒(V)的摩尔比n(Zn):n(V)＝0～3:100的比例向其中缓慢滴加硝酸锌水溶液，充分搅拌6小时后得到均一透明的V2O5溶胶(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，得到Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min)，得到Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料。本专利技术通过适量的Zn2+预嵌提高V2O5·nH2O电极材料的储钠性能的方法完全可行，通过该方法能成功的将Zn2+嵌入到V2O5·nH2O电极材料层间，从根本上提升材料晶格结构稳定性和导电性，改善V2O5·nH2O的储钠性能；制备的Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料作为钠离子电池正极材料具有较高的Na+嵌/脱活性、较好的循环性能和大倍率特性。同时，该方法还具有制备方法简单、成本低、产率高和反应条件容易控制等优点。附图说明图1为本专利技术实施例1～3所得的电极材料的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1～3所得的电极材料的SEM图。图3为本专利技术实施例2～3所得的电极材料的EDS图。图4为本专利技术实施例1～3所得的电极材料的倍率性能图。图5为本专利技术实施例1～3所得的电极材料的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，需要指出的是以下实施例是为了本领域的技术人员更好地理解本专利技术，而不是对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述内容做出一些非本质的改进和调整。实施例1：(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比浓度为30％的H2O2，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散，并用25mL去离子水稀释，充分搅拌6h后得到均一透明的V2O5溶胶(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，得到V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中，在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min)，得到V2O5·nH2O电极材料(未预嵌Zn2+的V2O5·nH2O)。实施例2：(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比浓度为30％的H2O2，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散，并将25mL摩尔浓度为0.0011mol/L的Zn(NO3)2溶液边搅拌边缓慢滴加到凝胶中，充分搅拌6小时后得到均一透明的V2O5溶胶(3)将步骤(2)中所得的溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，得到Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中，在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min)，得到n(Zn):n(V)＝1:100的Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料。实施例3：(1)首先将0.2547g商业化五氧化二钒(V2O5)粉体与3.85mL去离子水混合搅拌后，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比浓度为30％的H2O2，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声处理90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V2O5凝胶。(2)将步骤(1)中得到的凝胶搅拌、分散，并将25mL摩尔浓度为0.0033mol/L的Zn(NO3)2溶液边搅拌边缓慢滴加到凝胶中，充分搅拌6小时后得到均一透明的V2O5溶胶(3)将步骤(2)中所得溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，得到Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体置于马弗炉中在空气气氛中，在200℃条件下退火处理1小时(升温速率为1℃/min)，得到n(Zn):n(V)＝3:100的Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料。电化学性能测试：分别将实施例中制备的Zn2+预嵌V2O5·nH2O电极材料作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过Zn

【技术特征摘要】
1.一种通过Zn2+预嵌提高V2O5·nH2O电极材料储钠性能的方法，其特征在于具体步骤为：（1）首先将0.2547g商业化五氧化二钒粉体与3.85mL去离子水混合，边搅拌边缓慢向其中滴加1.15mL质量百分比浓度为30%的H2O2，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后向其中加入去离子水将溶液稀释至五氧化二钒的浓度CV2O5=0.056mol/L，最后将溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟，室温下静置老化3天，得到红棕色V2O5凝胶；（2）将步骤（1）中得到的凝胶搅拌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李延伟，孙涛，姚金环，季靖程，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45