本發(fā)明涉及電化學儲能，特別涉及一種有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法及其在儲能電池領域的應用。

背景技術：

1、水系鋅離子電池（azib）作為目前二次電池的熱點研究領域，水基電解液具有高安全性，豐富的鋅金屬資源具有高經(jīng)濟性。因此，水系鋅離子電池有望成為大規(guī)模儲能領域的備選方案。水系鋅離子電池內(nèi)部結構由正極、鋅負極、隔膜、電解液組成。其中，正極材料主要有釩氧化物，錳氧化物，有機物，普魯士藍等。錳氧化物由于jahn-teller效應而面臨著嚴重的電極材料溶解問題，而有機物和普魯士藍類材料則由于其較低的比容量而在目前“高比能”的電池需求競爭中處于劣勢。因此，具有高比容量的釩氧化物則成為azib具有發(fā)展前景的正極材料。

2、為了進一步增加釩氧化物正極的工作電壓和放電容量，往往采用向電解液中添加i-以提供i-/i2氧化還原電對的方法，以實現(xiàn)基于雙儲能機制的高性能水系鋅離子電池。然而，由此帶來的多碘離子的穿梭效應使水系鋅電池在小電流循環(huán)時面臨低庫倫效率和嚴重的容量衰減問題，難以實現(xiàn)可逆穩(wěn)定的充放電循環(huán)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供一種有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法及其應用，旨在解決現(xiàn)有水系鋅碘電池在小電流循環(huán)時庫倫效率低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，所述有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法包括以下步驟：

3、將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌，得到溶液a；

4、對溶液a進行水熱反應，收集固液混合物并清洗干燥，得到有機物改性釩氧化物復合材料；

5、其中，所述有機物單體為含有還原性基團的有機物單體。

6、在一實施方式中，所述有機物單體包括1,5-二氨基萘、1,8-二氨基萘、對氨基苯酚、間氨基苯酚以及鄰氨基苯酚中的至少一種。

7、在一實施方式中，在將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌，得到溶液a的步驟中：

8、所述五氧化二釩水溶液中五氧化二釩的濃度為4~7?mg/ml；和/或，

9、所述攪拌的時間為30~60?min；和/或，

10、所述溶液a中，有機物單體的濃度為2~4?mg/ml。

11、在一實施方式中，在對溶液a進行水熱反應，收集固液混合物并清洗干燥，得到有機物改性釩氧化物復合材料的步驟中：

12、所述水熱反應的溫度為120~160℃；和/或，

13、所述水熱反應的時間為16~32h；和/或，

14、所述干燥的溫度為60~80℃。

15、在一實施方式中，在將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌的步驟之前，還包括：

16、向水中加入五氧化二釩粉末，攪拌，得到五氧化二釩水溶液。

17、在一實施方式中，所述五氧化二釩粉末的純度為95%~99.99%；和/或，

18、所述攪拌時間為10~20?min；和/或，

19、所述攪拌轉速為200~400r/min。

20、本發(fā)明還提出一種如上所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法得到的有機物改性釩氧化物復合材料，在水系鋅碘電池正極材料中的應用。

21、本發(fā)明還提出一種水系鋅碘電池正極材料的制備方法，所述水系鋅碘電池正極材料的制備方法包括以下步驟：

22、將有機物改性釩氧化物復合材料與導電劑及粘結劑混合研磨，與有機溶劑混合，得到漿料；

23、將所述漿料涂附于集流體上，烘干，得到水系鋅碘電池正極材料；

24、其中，所述有機物改性釩氧化物復合材料由上述有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法制備得到。

25、在一實施方式中，在所述漿料中，所述有機物改性釩氧化物復合材料的濃度為20~50mg/ml。

26、在一實施方式中，所述有機物改性釩氧化物復合材料、導電劑及粘結劑的質量比為（6.5~7）：（2~3）：（0.5~1）；和/或，

27、所述導電劑包括乙炔黑、炭黑、導電炭黑以及碳納米管中的至少一種；和/或，

28、所述粘結劑包括聚偏氟乙烯；和/或，

29、所述有機溶劑包括n-甲基吡咯烷酮；和/或，

30、所述集流體包括碳布以及不銹鋼網(wǎng)中的至少一種。

31、本發(fā)明的技術方案中，采用五氧化二釩水溶液與有機物單體混合，通過液相還原的方法原位還原高價態(tài)釩得到二氧化釩，同時有機物均勻分布在生成的二氧化釩表面，得到結構穩(wěn)定的有機物改性釩氧化物復合材料。該材料在應用于水系鋅碘電池正極材料時，得到的水系鋅碘電池正極材料在充放電過程中不易發(fā)生溶解和脫落，能夠實現(xiàn)在0.1?a/g的電流密度下，初始比容量達到338?mah/g，循環(huán)55周后仍可保持333?mah/g的比容量的技術效果。本發(fā)明利用有機物的柔性結構對釩氧化物進行包覆，可有效抑制釩元素溶解并催化轉化多碘離子/碘單質反應，提高基于釩氧化物-有機物正極的水系鋅碘電池能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。因此本發(fā)明制備的有機物改性釩氧化物復合材料在應用于水系鋅碘電池正極材料時，具有庫倫效率低、循環(huán)穩(wěn)定性好以及倍率性能良好的技術效果。

技術特征：

1.一種有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，所述有機物單體包括1,5-二氨基萘、1,8-二氨基萘、對氨基苯酚、間氨基苯酚以及鄰氨基苯酚中的至少一種。

3.如權利要求1所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，在將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌，得到溶液a的步驟中：

4.如權利要求1所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，在對溶液a進行水熱反應，收集固液混合物并清洗干燥，得到有機物改性釩氧化物復合材料的步驟中：

5.如權利要求1所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，在將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌的步驟之前，還包括：

6.如權利要求5所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，所述五氧化二釩粉末的純度為95%~99.99%；和/或，

7.一種如權利要求1至6任一項所述的有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法得到的有機物改性釩氧化物復合材料，在水系鋅碘電池正極材料中的應用。

8.一種水系鋅碘電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權利要求8所述的水系鋅碘電池正極材料的制備方法，其特征在于，

10.如權利要求8所述的水系鋅碘電池正極材料的制備方法，其特征在于，

技術總結
本發(fā)明公開一種有機物改性釩氧化物復合材料的制備方法及其應用，涉及電化學儲能技術領域，包括以下步驟：將五氧化二釩水溶液與有機物單體混合攪拌，得到溶液A；對溶液A進行水熱反應，收集固液混合物并清洗干燥，得到有機物改性釩氧化物復合材料；其中，有機物單體為含有還原性基團的有機物單體。本發(fā)明中有機物改性釩氧化物復合材料通過液相還原的方法原位還原高價態(tài)釩制得；在應用于水系鋅碘電池的正極時，上述有機物改性釩氧化物復合材料在發(fā)揮自身容量的同時，還可催化轉化多碘離子/碘單質之間的可逆反應，實現(xiàn)在0.1?A/g下初始比容量達到338?mAh/g，循環(huán)55周后仍可保持333?mAh/g的比容量的技術效果。

技術研發(fā)人員：楚攀,劉辰光,任暢翔,林頓,邵穎
受保護的技術使用者：中石油深圳新能源研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26