本发明专利技术涉及一种高性能锌离子电池正极材料聚氧化乙烯插层LiV3O8纳米片及制备方法，它是以五氧化二钒为前驱体，通过高温煅烧制备LiV3O8，并将聚氧化乙烯分子链插层进入LiV3O8层间而得到。其制备方法简单、成本低、环保，适合大规模工业化生产。将制备的材料作为正极，锌片做负极，组装成的锌离子全电池表现出较高的比容量以及良好的循环稳定性。的比容量以及良好的循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能锌离子电池正极聚氧化乙烯插层LiV3O8纳米片及制备方法
[0001]本专利技术采用聚氧化乙烯插层LiV3O8方式制备了一种高性能锌离子电池正极材料，属于锌离子电池
技术介绍
[0002]高安全性水系锌离子电池(ZIBs)以其低成本、能量密度高、功率密度高、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点，在电动汽车和储能电网等新兴的大规模储能领域具有很高的应用价值和发展前景。许多种材料被报道为AZIBs的正极电极，包括锰基氧化物、钒基氧化物、磷酸盐、普鲁士蓝类似物、有机化合物等，钒基氧化物由于其合适的工作电压和高容量，显示出作为高性能锌离子电池正极材料的巨大潜力。与纯钒氧化物相比，大多数钒酸盐通常表现出更具吸引力的电化学性能。She等人探索新型钒酸钠(Na
1.1
V3O
7.9
)作为水系锌离子正极材料。其制备的材料具有优异的速率性能，在5A g
‑1电流密度下循环1000圈后可达134mAh g
‑1(J.Energy Chem.(2019)，37，172
‑
175)。Jiang等人讨论了富钾插层氧化钒(K
1.1
V3O8)作为ZIBs的高性能正极材料，其具有86mAh g
‑1的高比容量，同时表现出优异的循环稳定性，在10A g
‑1电流密度下循环10000圈容量未出现衰减(ACS Energy Lett.(2021)，6，2111
‑
2120)。除了上述报道的钒酸盐材料外，层状单斜钒酸锂(LiV3O8)因其具有容量大，成本低，安全性能好而备受关注。然而，作为正极材料的LiV3O8具有相对较低的电子传导性、小的层间距和较低的锌离子扩散系数导致其储锌性能不能充分发挥。
技术实现思路
[0003]针对LiV3O8材料现有的不足，本专利技术采用聚氧化乙烯插层LiV3O8的方式制备了高性能锌离子电池正极材料，制备方法简单、环保，通过将其组装成全电池后可发挥出较高的比容量以及优异的循环稳定性。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]将数克聚氧化乙烯(PEO)插层至LiV3O8制备锌离子电池正极材料，其制备的正极材料具有高能量密度和优异的循环稳定性。
[0006]本专利技术优选的，该材料为二维纳米片，片层厚度为4nm。
[0007]本专利技术优选的，该材料LiV3O8为层状结构，单斜晶系(JCPDS#72
‑
1193)。通过PEO插层进入LiV3O8层间，扩大了LiV3O8的层间距，使其结构进一步打开，从而提高了Zn
2+
扩散的速率和储锌性能。
[0008]上述高性能锌离子电池正极材料的制备方法，包括步骤如下：
[0009](1)将聚氧化乙烯均匀分散于溶剂中，搅拌10
‑
40min，得到聚氧化乙烯分散液；
[0010](2)取适量LiV3O8粉末缓慢加入到(1)分散液中，持续搅拌10
‑
80min，形成均一稳定的反应液；
[0011](3)将步骤(3)制得的混合液于80
‑
150℃下反应10
‑
80h，冷却至室温后，抽滤收集绿色沉淀，得到的沉淀用去离子水和乙醇反复洗涤2
‑
3遍进行干燥；
[0012](4)将干燥后的沉淀收集，得到高性能锌离子电池正极材料(这里统一简称PEO
‑
LVO)。
[0013]本专利技术优选的，步骤(1)中所述的溶剂为去离子水。
[0014]本专利技术优选的，步骤(1)中聚氧化乙烯的加入量与水溶剂的质量体积比为(0.0001～0.01)：1，单位：g/mL。
[0015]本专利技术优选的，步骤(2)中所述的LiV3O8是以V2O5为原料煅烧得到，LiV3O8的加入量为0.01～0.8g。
[0016]本专利技术优选的，步骤(2)中所述的搅拌采用水浴加热50
‑
80℃，搅拌时间40
‑
60min。
[0017]本专利技术优选的，步骤(3)中，所述的反应温度为60
‑
180℃，反应时间为30
‑
45h。
[0018]本专利技术优选的，步骤(4)中，干燥温度为40
‑
85℃，干燥时间为6
‑
10h。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]本专利技术采用简单的水热合成法制备了一种聚氧化乙烯插层LiV3O8的锌离子电池正极材料(PEO
‑
LVO)。得到的新正极材料与插层前LiV3O8相比，具有较高的充放电比容量、更好的倍率性能以及优异的循环稳定性。PEO
‑
LVO锌离子电池正极材料制备简单，成本低，适合大规模工业化生产。
附图说明
[0021]图1为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO锌离子正极材料的X射线衍射图；
[0022]图2为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO锌离子电池正极材料的扫描电镜照片；
[0023]图3为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO锌离子电池正极材料的透射电镜照片；
[0024]图4为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO锌离子电池正极材料的原子力显微镜照片；
[0025]图5为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO做正极，锌片做负极，组装电池在0.2
‑
1.6V电压区间的充放电曲线；
[0026]图6为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO样品与插层前LiV3O8正极材料对锌片组装全电池在不同电流密度下的倍率曲线；
[0027]图7为按照本专利技术实施例1所得PEO
‑
LVO样品与插层前LiV3O8正极材料对锌片组装全电池的循环曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应该理解，这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术所阐述的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0029]聚氧化乙烯以及制备LiV3O8的前驱体五氧化二钒均来自上海麦克林生化科技有限公司
[0030]实施例1
[0031]将数克聚氧化乙烯(PEO)插层至LiV3O8，其制备的正极材料厚度小于5nm且具有高能量密度和优良长期循环稳定性。
[0032]制备步骤如下：
[0033](1)将0.08g聚氧化乙烯均匀分散于50ml水溶剂中，搅拌20min，得聚氧化乙烯分散液；
[0034](2)将0.3g LiV3O8粉末缓慢加入到(1)分散液中，持续搅拌40min，形成均一稳定的反应液；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高性能锌离子电池正极材料聚氧化乙烯插层LiV3O8纳米片，其特征在于：将数克聚氧化乙烯插层至LiV3O8，制备锌离子电池正极材料聚氧化乙烯插层LiV3O8，其制备的正极材为片状结构，厚度为4nm
±
2nm。2.根据权利要求1所述的高性能锌离子电池正极材料聚氧化乙烯插层LiV3O8纳米片，其特征在于：所选纳米片LiV3O8为层状结构单斜晶系；通过PEO插层进入LiV3O8层间，扩大LiV3O8的层间距，使其结构进一步打开，提高Zn
2+
扩散的速率和储锌性能。3.权利要求1所述的高性能锌离子电池正极材料聚氧化乙烯插层LiV3O8纳米片，其制备方法，包括步骤如下：(1)将聚氧化乙烯均匀分散于水溶剂中，搅拌10
‑
40min，得到聚氧化乙烯分散液；(2)将LiV3O8粉末缓慢加入到分散液中，持续搅拌10
‑
80min形成均一稳定的反应液；(3)将步骤(2)制得的反应液于60
‑
200℃下反应10
‑
80h，然后冷却至室温，抽滤收集绿色沉淀，得到的沉淀洗涤...
【专利技术属性】
技术研发人员：任晓川，吴梦华，宁新，宗宇，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：
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