一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池正极材料技术领域，提出了一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。所述一种水系锌离子电池正极材料，包括含磷羟基化合物改性V2O5，所述含磷羟基化合物包括羟甲基苯基次膦酸、羟基亚乙基二膦酸、磷酸中的一种或几种。所述一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将V2O5与过氧化氢溶液混合后，加入含磷羟基化合物溶液进行水热反应，得到水系锌离子电池正极材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的水系锌离子电池循环性能差的问题。环性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池正极材料
，具体的，涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于锂资源开采技术昂贵、造价成本高，并且有毒和易燃的电解液如果使用不恰当极易发生安全问题，导致锂离子电池的发展受限。众多研究者认为水系锌离子电池是最有前景的储能技术，因为水系电解液的价格比有机电解液低，能够降低生产成本，并且安全性能好、环保，因此，可以代替有毒并且对环境有危害的铅酸电池，也有望取代锂离子电池。
[0003]目前，水系锌离子电池中存储Zn
2+
的正极材料普遍使用钒基氧化物，如V2O5、V2O3、V6O
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、VO2等，钒基氧化物具有层状或通道结构，有利于Zn
2+
扩散以及嵌入/脱出，其中最受关注的V2O5具有极其理想的层状结构，是钒基氧化物的典型代表，但V2O5层间距较大，在Zn
2+
的嵌入/脱出过程中结构易坍塌，从而影响电池的循环性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，解决了相关技术中的水系锌离子电池循环性能差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种水系锌离子电池正极材料，包括含磷羟基化合物改性V2O5，所述含磷羟基化合物包括羟甲基苯基次膦酸、羟基亚乙基二膦酸、磷酸中的一种或几种。
[0006]作为进一步的技术方案，所述含磷羟基化合物改性V2O5中含磷羟基化合物与V2O5的质量比为3~5:1。
[0007]作为进一步的技术方案，所述含磷羟基化合物包括质量比9~1:1的羟基亚乙基二膦酸和羟甲基苯基次膦酸。
[0008]作为进一步的技术方案，所述含磷羟基化合物包括质量比3:1的羟基亚乙基二膦酸和羟甲基苯基次膦酸。
[0009]本专利技术还提出了一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将V2O5与过氧化氢溶液混合后，加入含磷羟基化合物溶液进行水热反应，得到水系锌离子电池正极材料。
[0010]作为进一步的技术方案，所述过氧化氢溶液为质量浓度30~40%的过氧化氢水溶液。
[0011]作为进一步的技术方案，所述V2O5与过氧化氢溶液的质量体积比为0.01~0.05g/mL。
[0012]作为进一步的技术方案，所述含磷羟基化合物溶液为质量浓度10%的含磷羟基化合物水溶液。
[0013]作为进一步的技术方案，所述水热反应的温度为140~160℃、时间为8~12h。
[0014]本专利技术还提出了一种水系锌离子电池正极材料或所述的制备方法制备得到的正极材料在水系锌离子电池中的应用。
[0015]本专利技术的工作原理及有益效果为：1、本专利技术通过羟甲基苯基次膦酸、羟基亚乙基二膦酸、磷酸中的一种或几种改性V2O5，稳定了V2O5层间结构，同时作为层间支柱使V2O5层间进行可逆的膨胀和收缩，提高了水系锌离子电池的循环性能，解决了现有技术中存在的水系锌离子电池循环性能差的问题。
[0016]2、本专利技术通过质量比9~1:1的羟基亚乙基二膦酸和羟甲基苯基次膦酸改性V2O5，进一步提高了水系锌离子电池的循环性能。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0018]实施例1将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%羟甲基苯基次膦酸水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0019]实施例2将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%羟基亚乙基二膦酸水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0020]实施例3将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%磷酸水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0021]实施例4将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%含磷羟基化合物（羟基亚乙基二膦酸18g、羟甲基苯基次膦酸2g）水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0022]实施例5将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%含磷羟基化合物（羟基亚乙基二膦酸15g、羟甲基苯基次膦酸5g）水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0023]实施例6将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%含磷羟基化合物（羟基亚乙基二膦酸10g、羟甲基苯基次膦酸10g）水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0024]实施例7
将5g V2O5加入到200mL 35wt%过氧化氢水溶液中，搅拌30min后，加入200g 10wt%含磷羟基化合物（羟基亚乙基二膦酸18g、磷酸2g）水溶液，搅拌10min后，升温至150℃，反应10h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0025]实施例8将5g V2O5加入到500mL 30wt%过氧化氢水溶液中，搅拌40min后，加入150g 10wt%羟甲基苯基次膦酸水溶液，搅拌15min后，升温至140℃，反应12h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0026]实施例9将5g V2O5加入到100mL 40wt%过氧化氢水溶液中，搅拌35min后，加入250g 10wt%羟甲基苯基次膦酸水溶液，搅拌20min后，升温至160℃，反应8h后，离心，收集固体，水洗，干燥，得到正极材料。
[0027]对比例1与实施例1的区别仅在于将羟甲基苯基次膦酸水溶液替换为植酸水溶液。
[0028]组装电池：分别将实施例1~9及对比例1得到的正极材料与导电碳黑(科琴黑，EC
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300J)、粘结剂PVDF按照质量比为7:2:1混合，加入分散剂，通过磁力搅拌器搅拌12h制得电极浆料，将浆料均匀涂在碳纸(型号为HCP020N)上，干燥后裁成圆片作为水系锌离子电池正极；以1.8M三氟甲烷磺酸锌溶液作电解液；以GF/D玻璃纤维作隔膜；以锌金属箔作为负极；组装成水系锌离子电池扣式电池，静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池正极材料，其特征在于，包括含磷羟基化合物改性V2O5，所述含磷羟基化合物包括羟甲基苯基次膦酸、羟基亚乙基二膦酸、磷酸中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种水系锌离子电池正极材料，其特征在于，所述含磷羟基化合物改性V2O5中含磷羟基化合物与V2O5的质量比为3~5:1。3.根据权利要求2所述的一种水系锌离子电池正极材料，其特征在于，所述含磷羟基化合物包括质量比9~1:1的羟基亚乙基二膦酸和羟甲基苯基次膦酸。4.根据权利要求3所述的一种水系锌离子电池正极材料，其特征在于，所述含磷羟基化合物包括质量比3:1的羟基亚乙基二膦酸和羟甲基苯基次膦酸。5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将V2O5与过氧化氢溶液混合后，加入含磷羟基化合物溶液进行水...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜世达，马骏，
申请(专利权)人：河北中垒新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：