本發(fā)明涉及鋅離子電池，尤其涉及一種陰陽離子共預嵌入的na2v6o16及其制備方法和應用以及水系鋅離子電池。

背景技術：

1、在全球能源危機和環(huán)境污染的雙重挑戰(zhàn)下，開發(fā)新型、高效的儲能系統(tǒng)變得尤為迫切。水系鋅離子電池(zinc-ionbatteries,zibs)因其低成本、高安全性、環(huán)境友好性以及鋅的高理論容量和穩(wěn)定的化學性質，成為下一代儲能技術的重要候選。

2、在水系鋅離子電池的研究中，釩基材料因其層狀結構和多價態(tài)特性，展現(xiàn)出作為正極材料的巨大潛力。特別是na2v6o16，由于其較高的理論容量和獨特的離子擴散通道，被認為是水系鋅離子電池正極材料的理想選擇。

3、jae?su?yu等[10.1016/j.cej.2023.146777]以nh4vo3、nac12h25so4、c3h5no、h2seo3為原料，通過200℃下水熱反應10h和氮氣氣氛下350℃煅燒，制備se嵌入的na2v6o16，組裝的鋅離子電池在2a/g電流密度下比容量達到329.15mah/g，在2a/g電流密度下循環(huán)5000圈后容量為146.86mah/g，容量保持率為70.75％。

4、linyuyang等[10.1039/d2ce00609j]以v2o5、ch3coona為原料，在25℃下浸漬90h，制備na2v6o16·1.96h2o納米棒，組裝的鋅離子電池在0.3a/g電流密度下比容量達到366.8mah/g，在3a/g電流密度下循環(huán)1000圈后容量為268.3mah/g，容量保持率為86.6％。

5、liqiang?mai等[10.1021/acs.nanolett.7b04889]v2o5、naoh為原料，通過180℃水熱反應24h和空氣氣氛下400℃煅燒3h，制備na2v6o16·1.63h2o，組裝的鋅離子電池在0.05a/g電流密度下比容量達到352mah/g，在5a/g電流密度下循環(huán)6000圈后容量為140mah/g，容量保持率為90％。

6、hao?jia等[10.1016/j.ensm.2021.11.018]以v2o5、naoh為原料，通過180℃水熱反應24h，制備na2v6o16·1.63h2o，組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量達到300mah/g，在1a/g電流密度下循環(huán)1200圈后容量為84mah/g，容量保持率為78.5％。

7、mingshan?wang等[10.1002/smll.202405139]以v2o5和nacl為原料，在室溫下攪拌浸漬72h，制備na2v6o16·1.5h2o，組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量達到270mah/g，在1a/g電流密度下循環(huán)1000圈后容量為150mah/g，容量保持率為71.0％。

8、esther?s.takeuchi等[10.1021/acs.chemmater.9b05103]以v2o5和naoh為原料，在氮氣氣氛50℃下攪拌浸漬3h，制得na2v6o16·2h2o，繼續(xù)在空氣氣氛下500℃煅燒3h，制得na1.25v3o8，以制得的兩種材料組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量分別達到320mah/g和150mah/g，在0.5a/g電流密度下分別循環(huán)50圈后容量分別為285mah/g和60mah/g，容量保持率分別為89.6％和40％。

9、yu-kuei?hsu等[10.1021/acsami.2c22728]以nh4vo3和na2so4為原料配置電沉積溶液，活性碳布為基底，在70℃下以2ma/cm2的電流密度電沉積3h，制得na2v6o16·3h2o?nbs/acc，組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量達到210mah/g，在0.1a/g電流密度下循環(huán)200圈后容量為3.5mah/cm2，容量保持率為71.4％。

10、vaiyapuri?soundharrajan等[10.1021/acs.nanolett.7b05403]以v2o5和naf為原料配置混合液，通過200℃微波反應0.5h，制備na2v6o16·3h2o，組裝的鋅離子電池在2c的倍率下比容量達到275mah/g，在5c的倍率下循環(huán)400圈后容量為250mah/g，容量保持率為91.0％。

11、ying?bai等[10.1021/acsenergylett.2c01890]以v2o5、naoh和h2o2為原料配置反應液，通過200℃水熱反應24h，制備na2v6o16·3h2o，組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量達到500mah/g，在20a/g電流密度下循環(huán)5000圈后容量為210mah/g，容量保持率為70.6％。

12、fang?hu等[10.1016/j.jechem.2019.03.036]以nh4vo3、naoh、na2co3和h2o2為原料配置反應液，通過200℃水熱反應24h，制備na2v6o16·2.14h2o，組裝的鋅離子電池在0.1a/g電流密度下比容量達到466mah/g，在20a/g電流密度下循環(huán)2000圈后容量為210mah/g，容量保持率為90％。

13、liping?qin等[10.1016/j.mtcomm.2022.103460]以v2o5、naoh為原料配置反應液，通過200℃水熱反應36h，制備na2v6o16·1.66h2o，組裝的鋅離子電池在0.5a/g電流密度下比容量達到400mah/g，在5a/g電流密度下循環(huán)1800圈后容量為100mah/g，容量保持率為98％。

14、現(xiàn)有的na2v6o16制備技術包括浸漬法、水熱法、電沉積法等，其中浸漬法由于操作簡單、易規(guī)?；缺粡V泛采用。然而，由于充放電過程中的體積膨脹和離子遷移受阻，浸漬法制備的na2v6o16在實際應用中面臨著容量低、衰減快和穩(wěn)定性差等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的問題，提供一種陰陽離子共預嵌入的na2v6o16及其制備方法和應用以及水系鋅離子電池。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種陰陽離子共預嵌入的na2v6o16的制備方法，包含下列步驟：

4、將v2o5和陰陽離子溶液混合后浸漬、干燥即得所述陰陽離子共預嵌入的na2v6o16；

5、所述陰陽離子溶液包含鈉鹽、磷鹽和水。

6、作為優(yōu)選，所述鈉鹽為naf、nacl、nabr、nai、na2so3或na2so4；所述磷鹽為na3po4、na2hpo4或nah2po4。

7、作為優(yōu)選，所述陰陽離子溶液中鈉元素的濃度為5～30g/l，磷元素的濃度為1～2g/l。

8、作為優(yōu)選，所述v2o5和水的質量比為1：40～90。

9、作為優(yōu)選，所述浸漬的溫度為0～30℃，轉速為200～450rpm，時間為10～100h。

10、作為優(yōu)選，所述干燥的溫度為60～110℃，時間為5～10h。

11、本發(fā)明還提供了所述陰陽離子共預嵌入的na2v6o16的制備方法制備得到的陰陽離子共預嵌入的na2v6o16。

12、本發(fā)明還提供了所述的陰陽離子共預嵌入的na2v6o16在水系鋅離子電池中的應用。

13、本發(fā)明還提供了一種水系鋅離子電池，所述水系鋅離子電池的導電漿料包含所述的陰陽離子共預嵌入的na2v6o16、導電劑和粘結劑；

14、陰陽離子共預嵌入的na2v6o16在基底的負載量為2～7mg/cm2。

15、作為優(yōu)選，所述陰陽離子共預嵌入的na2v6o16、導電劑和粘結劑的質量比為7～8：1～2：1。

16、本發(fā)明提供了一種陰陽離子共預嵌入的na2v6o16的制備方法，利用一步浸漬法制備了na+、po43-、so42-(或so32-、f-、cl-、i-、br-)共預嵌入的na2v6o16，預嵌入的陽離子和陰離子能夠更好的強化釩氧結構，優(yōu)化鋅離子嵌入脫出的通道，使得鋅離子嵌入脫出過程na2v6o16結構相變更少，副反應更少；不僅如此，在釩氧層間或隧道結構中預先嵌入陽離子和陰離子，可以有效地緩沖充放電過程中的體積變化，提高離子擴散速率，從而提升材料的電化學性能，通過陰陽離子的相互作用增強了結構穩(wěn)定性，實現(xiàn)了高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性的雙重優(yōu)勢。

17、本發(fā)明還提供了一種水系鋰離子電池，將本發(fā)明所述的陰陽離子共預嵌入的na2v6o16制成導電漿料涂覆于基底上用作水系鋅離子正極材料組裝成紐扣電池，能夠得到高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性的鋅離子電池，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，包括高比容量、優(yōu)異的倍率性能和顯著提升的循環(huán)穩(wěn)定性。

18、經(jīng)過實驗，在0.2a/g電流密度時，電池的容量達到355mah/g，在4.0a/g電流密度下循環(huán)4000次，電池的容量保持率為100％；有望推動水系鋅離子電池技術的發(fā)展和應用，且本發(fā)明所述方法具有簡單、易于操作的特點。