一种PVP修饰的MnVOx电极材料、制备方法及其在锌离子电池中的应用技术

本发明专利技术公开了一种PVP修饰的MnVOx电极材料、制备方法及其在锌离子电池中的应用。其步骤为：将Mn

【技术实现步骤摘要】
一种PVP修饰的MnVOx电极材料、制备方法及其在锌离子电池中的应用


[0001]本专利技术涉及锌离子电池
，具体涉及一种钒酸锰锌正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，人们在日常生产生活中对高能量、高功率密度和高安全性的电化学储能器件的需求越来越大，而可充电的二次电池被认为是解决全球能源危机的关键。锂离子电池具有能量转化效率高、寿命长、自放电小等优点，目前在消费电子市场中占 据主导地位。然而，由于锂离子电池存在有机电解液易燃和有毒、制造成本偏高等问题，且锂元素在地壳中含量低,导致锂离子电池在大规模储能领域的应用受到了很大的限制。
[0003]水系锌离子电池（ZIB）具有安全性高、对环境友好、制造成本低等优点，且锌资源丰富,故水系锌离子电池是有望解决大规模储能问题的二次电池之一。在ZIB中，正极对ZIB整体电化学性能具有重要影响，由于钒的丰富氧化态，成熟的制备工艺和高理论容量，常用作ZIB正极材料。如已经有许多工作显示使用钒氧化物体系作为ZIB正极，制备的ZIB 具有较高的比容量。钒基材料目前在各领域都得到了广泛的研究,但现有的合成方法不仅合成步骤繁琐，所需条件苛刻，而且一次合成量少，大规模生产比较困难。同时，钒基材料的合成大多以V2O5做为原材料，而V2O5往往具有高成本、环境污染等缺点，这也在一定程度上限制了钒基材料的广泛应用。因此亟需开发一种低成本、低污染的钒基材料作为ZIB的正极活性物质，以满足不断增长的新能源储能需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种PVP修饰的钒酸锰锌正极材料及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种包含上述钒酸锰锌正极材料的水系锌离子电池。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是： 一种PVP修饰的钒酸锰锌正极材料及其制备方法，其化学式为MnVO
x
，包括以下步骤：步骤一，将 Mn
2+
前驱体溶于蒸馏水中得到透明溶液A，将NH4VO3粉末溶于蒸馏水中得到淡黄色溶液B；步骤二，然后将溶液A和溶液B慢慢混合，将浓硝酸滴加到该混合溶液中；步骤三，向步骤二的混合溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）搅拌；步骤四，再于水热釜中进行水热反应，所得产物经洗涤，真空干燥，得到PVP修饰的钒酸锰材料。
[0007]作为优选，步骤一中，溶液A中的Mn
2+
浓度为0.1mol/L；溶液B中的NH4VO3浓度为0.2mol/L。
[0008]作为优选，步骤一中，于80℃下，将NH4VO3粉末溶于蒸馏水中得到淡黄色溶液B。
[0009]作为优选，步骤二中，溶液A中的Mn
2+
与溶液B中的NH4VO3摩尔比例为1:2。
[0010]作为优选，步骤二中，滴加浓硝酸后该混合溶液pH值为1。
[0011]作为优选，步骤三中，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量与NH4VO3的质量比例为1：10。
[0012]作为优选，步骤四中，水热反应温度为180℃，水热反应时间为20小时。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:（1）本专利技术的钒酸锰锌正极材料的纯度较高，层间距较大，由其制成的正极可以提供水系锌离子电池工作所需的锌离子，制成的水系锌离子电池具有较高的充放电比容量。
[0014]（2）本专利技术的方法制备的锌离子电池有机正极材料合成方法简单，成本低，环境友好，且得到锌离子电池平均电压1.0 V左右，对应锌离子电池在2 A/g的电流密度下，比容量可达200 mAh/g以上。
附图说明
[0015]图1为实施例1中的钒酸锰材料的SEM图。
[0016]图2为实施例1中的钒酸锰材料的TEM图。
[0017]图3为实施例1制得的锌离子电池首圈充放电的电压比容量图。
[0018]图4为实施例1制得的锌离子电池一百圈循环比容量和库伦效率图。
[0019]图5为实施例2制得的锌离子电池的首圈充放电的电压比容量图。
[0020]图6为实施例2制得的锌离子电池一百圈循环比容量和库伦效率图。
[0021]图7为实施例3制得的锌离子电池的首圈充放电的电压比容量图。
[0022]图8为实施例3制得的锌离子电池一百圈循环比容量和库伦效率图。
[0023]图9为实施例4制得的锌离子电池的首圈充放电的电压比容量图。
[0024]图10为实施例4制得的锌离子电池一百圈循环比容量和库伦效率图。
具体实施方式
[0025]为了进一步说明本专利技术，以下结合实施例和附图对本专利技术提供的一种钒酸锰材料的制备方法和电池正极的制备方法进行详细描述。
[0026]本专利技术的创新点或专利技术原理是：本专利技术首次提出了以聚乙烯吡咯烷酮预嵌入的方法，合成了钒酸锰材料，并通过扩层原理提高钒酸锰的储锌容量。
[0027]实施例1
①
将2 mmol Mn(CH3COO)2·
4H2O溶于20 mL蒸馏水中得到透明溶液，将4 mmol NH4VO3粉末溶于20 mL蒸馏水中在80℃下得到淡黄色溶液。
[0028]②
然后将两种溶液慢慢混合，得到带有少量絮体的淡橙色溶液。然后，将68wt%的硝酸滴加到混合溶液中，直到pH值为1.0左右，此时溶液的颜色在几秒钟内就变成了亮黄色。
[0029]③
向上述亮黄色溶液中加入约40毫克聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌30分钟。
[0030]④
将溶液转移到100 mL 聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，180
°
C加热20 h，产物经多次蒸馏水洗涤，自然冷却至室温后收集，60℃真空干燥24 h，即得MnVO
x
材料。
[0031]得到的MnVOx扫描电镜（SEM）图片和透射电镜（TEM）如图1～2所示。由图1～2可以看出，本实施例中钒酸锰结晶性良好，颗粒均一。
[0032]电极片制作∶将上述MnVO
x
材料、导电剂柯琴黑、粘结剂(PTFE)以7∶2∶1的质量比例
在充分混合研磨得到均一的电极材料，然后在60℃烘箱中预干燥12小时，即可制得MnVO
x
电极片。
[0033]电池组装∶以所得MnVO
x
电极片为正极、锌片为负极、3M三氟甲磺酸锌为电解液、滤纸为隔膜在空气中组装成2032型纽扣电池。
[0034]电池测试∶将制得的纽扣电池在武汉蓝电系统进行测试，室温恒定在25℃，性能测试数据如图3～4所示。
[0035]实施例2
①
将2 mmol MnSO4·
4H2O溶于20 mL蒸馏水中得到透明溶液，将4 mmol NH4VO3粉末溶于20 mL蒸馏水中在80℃下得到淡黄色溶液。
[0036]②
然后将两种溶液慢慢混合，得到一种带有少量絮体的淡橙色溶液。然后，将68%的硝酸滴加到混合溶液中，直到pH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PVP修饰的钒酸锰锌正极材料的制备方法，其特征在于，其化学式为MnVO
x
，包括以下步骤：步骤一，将 Mn
2+
前驱体溶于水中得到溶液A，将NH4VO3粉末溶于水中得到溶液B；步骤二，将溶液A和溶液B慢慢混合，将浓硝酸滴加到该混合溶液中；步骤三，向步骤二的混合溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌；步骤四，对步骤三所得溶液进行水热反应，所得产物经洗涤，真空干燥，得到PVP修饰的钒酸锰材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，溶液A中的Mn
2+
浓度为0.1mol/L；溶液B中的NH4VO3浓度为0.2mol/L。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，于80℃下，将NH4VO3粉末溶于水中得到溶液B。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，溶液A中的Mn
2+
与溶液B中的NH4VO3摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳荣，赵梦帆，王财兴，张思宸，邱士贵，高国远，何顿永，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：