CN112864478A - 一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料制备技术领域，公开了一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料，通过使用特定方法处理VO2粉末，在纯VO2的基础上，得到小分子耦合VO2(M‑VO2)，用于水系锌离子电池的正极材料，得到优于VO2作为水系锌离子电池正极材料的循环稳定性和比容量。本发明成功提高了VO2基水系锌离子电池的循环稳定性和比容量，为水系锌离子电池的发展带来了深远的影响。该方法较为简单、只需在制备过程中多做一步，无需复杂设备和较大功耗，工艺简单可控，对操作人员要求较低、成本较低，容易实现工业化生产。用小分子处理过的VO2当作水系锌离子电池的正极材料比纯VO2的循环稳定性大幅提高。

Description

一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术及在新能源储能器件应用领域，具体涉及一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料，特别是提升了循环稳定性和质量比容量性能的提升。
背景技术
锂离子电池由于其出色的能量密度和循环稳定性在过去的几十年中一直占据着非常高的市场份额，水系锌离子电池也由于优异的理论容量和高安全性而逐渐成为令人瞩目的候选者。与其他离子电池类似，制约锌离子电池性能的主要因素是正极材料。最近比较先进的锌离子电池集中在VO2或V2O5基，钒基材料具有优异的电化学活性，适合锌离子的嵌入和脱出，以此来达到高的电容量和能量密度。
目前，水系锌离子二次电池的阴极材料多使用的钒氧化物，这种材料结构多不稳定，对于离子的嵌入、脱出能力较为有限，在多次的循环测试中可能出现不可逆的相变，最终导致电池的能量密度低，循环寿命差等缺点。因此开发一种提升VO2结构稳定性、电导率、储锌离子强的VO2具有重要的研究价值和应用前景。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：报道中通常提高钒基锌离子电池性能的方法有三种，其一是在VO2层间预嵌入或掺杂金属离子。此方法可以增大和稳定晶体材料层间距，从而保证Zn2+在电池进行充放电时能够有足够的空间嵌入和脱嵌，最终达到提升稳定性的作用，但是本方法在材料制备过程中对掺杂程度不可控，工艺参数摸索难度大等技术问题；其二是将VO2与碳纳米管，氧化石墨烯等复合，此方法可以通过增强复合材料的导电性和离子传输能力，可以实现改善电化学性能的作用，然而，这些碳材料价格昂贵，制备工艺复杂，对能源和热量消耗大；其三是原位相变自转化，即电极材料在电化学充放电时逐渐发生相变，最终形成另一种化合物充当电极材料，但是这种方法中出现的材料相变程度和过程往往不可控制。
解决以上问题及缺陷的意义为：根据前面所述三种提升电池性能的方法，解决以上问题可以控制电池成本，降低能耗，符合新能源领域发展趋势，容易让新技术新工艺实现工业化生产。本发明提供的一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料，对电池性能提升效果明显，制备工艺简单，原料成本很低，易于量产化，综合文献报道中的不同方法对比情况，本发明无论从过程还是从结果上看，都达到了非常优异的效果。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种氧化钒基水系锌离子电池、性能优化方法及正极材料。利用本发明方法制备的M-VO2，具有电导率高的近非晶态结构，在充放电过程中，非常有利于锌离子的嵌入和脱出，表现出优于VO2的电化学性能。而且制备方法上简单，易实现工业化生产，对性能提升也非常显著。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，具体包括如下步骤：
1、使用水热法制备出VO2，即用V2O5和草酸获得前驱体溶液；
2、进行水热反应，将前驱体溶液转入聚四氟乙烯内胆并封在不锈钢釜中，放入干燥箱中；
3、使用小分子对VO2进行处理，处理步骤是用特定质量的小分子粉末与水热得到的VO2悬浮液混合，加热并搅拌若干分钟；
4、抽滤，使用抽滤装置将悬浮液抽滤成粉末，在氮气环境下干燥，获得本发明所述的M-VO2为水系锌离子电池的正极材料；
5、制备电极，将干燥后的粉末与分散液按比例混合，均匀涂覆在集流体上，放入干燥箱中干燥，备用；
6、封装测试，准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，M-VO2为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
进一步，所述的前驱体溶液，配制的前驱体为用1：9～9：1摩尔比的V2O5和草酸，在10～500mL去离子水中搅拌10～200分钟，获得前驱体溶液，备用；
进一步，所述的水热反应，反应条件为100～200℃的干燥箱中保持12～90h；
进一步，所述前驱体溶液转入聚四氟乙烯内胆，在聚四氟乙烯内胆加入10％～90％容积的前驱体溶液；
所述小分子为具有R取代基的苯环、五元或六元杂环类小分子，例如络氨酸、丁烯二酸酐、蔗糖、抗坏血酸、苯丙酸、N,N-二甲基苯甲酰胺、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、苯甘氨酸中的一种或几种。
-R可以是，＝O,-OH,-SH,≡CN,-NH2,-CONH2的一种或多种。
进一步，所述特定质量的小分子粉末为每100ml悬浮液添加0.1～1g；
所述加热搅拌，条件为将小分子粉末与VO2悬浮液混合，在惰性气体保护下，放置于30～90℃的恒温水浴中加热并搅拌0.5～8小时。
进一步，所述分散液为用4：1体积比的去离子水和乙醇为溶剂，乙炔黑和PTFE乳液为溶质配制而成的液体，乙炔黑和PTFE的浓度为5mg/ml。
进一步，所述集流体为泡沫镍，不锈钢网，碳布中的一种，为直径1.2cm的圆片。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述VO2基水系锌离子电池的性能优化方法制备的提升水系锌离子电池性能的正极材料M-VO2。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述正极材料M-VO2制备的水系锌离子电池。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明提供的一种VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，该方法较为简单、只需在制备过程中多做一步，无需复杂设备和较大功耗，工艺简单可控，对操作人员要求较低、成本较低，容易实现工业化生产。用小分子处理过的VO2当作水系锌离子电池的正极材料比纯VO2的循环稳定性大幅提高，不同电流密度下的质量比容量均提升明显，为水系锌离子电池的发展带来了深远影响。
本发明制备出的M-VO2正极用于水系锌离子电池器件，经过电化学性能测试，得到的循环稳定性如图7所示，3000圈的充放电后保留初始容量的77％，得到的倍率性能如图8所示，二者都表现出M-VO2较纯VO2显著提升的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例VO2基水系锌离子电池的性能优化方法流程图。
图2为本发明实施例1和实施例2制备的VO2和M-VO2电极材料粉末的实物照片；
图3为本发明实施例2制备的M-VO2电极的实物照片；
图4为本发明实施例1制备的VO2电极材料粉末的扫描电子显微镜照片；
图5为本发明实施例2制备的M-VO2电极材料粉末的扫描电子显微镜照片；
图6为本发明实施例1和例2制备的VO2和M-VO2电极材料粉末的XRD图谱，其中包含VO2的标准峰卡片；
图7为本发明实施例1和例2制备的VO2和M-VO2电极材料用作水系锌离子电池在10Ag-1的电流密度下循环3000圈性能测试对比图；
图8为本发明实施例1和例2制备的VO2和M-VO2电极材料用作水系锌离子电池在不同电流密度下性能测试对比图；
图9为本发明实施例4制备的VO2和M-VO2电极材料粉末氧元素的XPS图谱；
图10为本发明实施例4制备的VO2和M-VO2电极材料粉末钒元素的XPS图谱；
图11为本发明实施例4制备的VO2和M-VO2电极经过循环后的非原位XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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它实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法包括：
S101，采用V2O5和草酸为前驱体，以聚四氟乙烯为水热反应压力装置内胆，采用水热法制备出VO2。
S102，用小分子粉末M与VO2悬浮液混合处理，加热搅拌干燥后得到处理过的M-VO2。
S103，以不锈钢网作为集流体，锌片作为负极，玻璃纤维作为隔膜，以ZnSO4或Zn(CF3SO3)2作为电解液，封装成扣式电池。
步骤S101中，所述的前驱体为用1:9～9:1摩尔比的V2O5和草酸加入10～500mL去离子中搅拌10～200分钟，获得前驱体溶液。
步骤S101中，所述的水热法为在聚四氟乙烯内胆加入10％～90％容积的前驱体溶液，水热时间和温度为12～90h，100～200℃中的一个。
步骤S102中，所述的小分子为具有R取代基的苯环、五元或六元杂环类小分子，例如络氨酸、丁烯二酸酐、蔗糖、抗坏血酸、苯丙酸、N,N’-二甲基苯甲酰胺、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、苯甘氨酸中的一种或几种。
-R可以是，＝O,-OH,-SH,≡CN,-NH2,-CONH2的一种或多种。
步骤S102中，所述的小分子粉末的质量为每100ml悬浮液添加0.1～1g。
步骤S102中，所述的混合处理的处理步骤如下：将小分子粉末与VO2悬浮液混合，在惰性气体保护下，放置于30～90℃的恒温水浴中加热并搅拌0.5～8小时。
本发明还提供一种制备得到的提升水系锌离子电池性能的正极材料M-VO2。
本发明还提供一种制备得到的正极材料M-VO2应用于水系锌离子电池，提升VO2基水系锌离子电池性能。所述性能包括循环稳定性和质量比容量。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本案例为制备纯VO2并用作水系锌离子电池的正极。
(1)配制前驱体溶液
称量1mmol的无水草酸，放入100ml烧杯中，在烧杯中加入35ml去离子水，磁力搅拌至草酸全部溶解，再称量6mmol的V2O5并转入烧杯中，室温下磁力搅拌至溶解；
(2)水热反应
将前驱体溶液转入100ml聚四氟乙烯内胆中，并封在不锈钢Teflon高压釜中，然后放入120℃干燥箱水热反应18h，反应结束后冷却至室温，得到VO2的悬浮液，备用；
(3)抽滤并干燥
将VO2的悬浮液使用抽滤装置抽滤掉液体，并用去离子水和乙醇先后各清洗3次，将滤纸连同粉末一起转移至120℃并通着氮气的管式炉中干燥48h，取出并得到VO2粉末，备用；
(4)制备电极
首先配制分散液，取10ml去离子水和40ml无水乙醇，转入100ml烧杯中，称量250mg乙炔黑和417mg的PTFE乳液(60wt％)分别加入烧杯中，剧烈震荡后放入超声机中超声12h备用；取2mgVO2粉末与50μl分散液混合并充分研磨混合均匀形成电极浆料，然后将浆料涂覆在集流体上，最后放入120℃的干燥箱中12h干燥备用；
(5)封装测试
准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，步骤4获得的电极为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
本实施例获得的用于水系锌离子电池的正极材料VO2粉末的实物照片如图2所示，由VO2粉末制备的电极的实物照片如图3所示，VO2粉末的扫描电子显微镜照片如图4所示，这些纳米片呈花朵状表现出增大的比表面积更加有利于阴极材料与电解液中的离子发生氧化还原反应。VO2粉末的X射线衍射峰如图6所示，与VO2标准卡片相匹配。
本实施例制备出的VO2正极用于水系锌离子电池器件，经过电化学性能测试，得到的循环稳定性如图7所示，3000圈的充放电后保留初始容量的51％，得到的倍率性能如图8所示，二者都表现出VO2较差的稳定性和低的质量比容量。
实施例2
本案例为制备经小分子处理的VO2(M-VO2)并用作水系锌离子电池的正极。
(1)配制前驱体溶液
称量1mmol的无水草酸，放入100ml烧杯中，在烧杯中加入35ml去离子水，磁力搅拌至草酸全部溶解，再称量6mmol的V2O5并转入烧杯中，室温下磁力搅拌至溶解；
(2)水热反应
将前驱体溶液转入100ml聚四氟乙烯内胆中，并封在不锈钢Teflon高压釜中，然后放入120℃干燥箱水热反应18h，反应结束后冷却至室温，得到VO2的悬浮液，备用；
(3)使用小分子处理VO2
将步骤2中获得的VO2悬浮液转入三颈烧瓶中，并称量0.1g的络氨酸充分混合，然后将三颈烧瓶放入90℃水浴锅中水浴加热并磁力搅拌，三颈烧瓶的其中一个瓶口匀速通入氮气，反应若干小时后冷却备用；
(4)抽滤并干燥
将步骤3中得到的产物使用抽滤装置抽滤掉液体，并用去离子水和乙醇先后各清洗3次，将滤纸连同粉末一起转移至120℃并通着氮气的管式炉中干燥12h，取出并得到M-VO2粉末，备用；
(5)制备电极
首先配制分散液，取10ml去离子水和40ml无水乙醇，转入100ml烧杯中，称量250mg乙炔黑和417mg的PTFE乳液(60wt％)分别加入烧杯中，剧烈震荡后放入超声机中超声12h备用；取2mgVO2粉末与50μl分散液混合并充分研磨混合均匀形成电极浆料，然后将浆料涂覆在集流体上，最后放入120℃的干燥箱中12h干燥备用；
(6)封装测试
准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，步骤5获得的电极为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
本实施例获得的用于水系锌离子电池的正极材料M-VO2粉末的实物照片如图2所示，M-VO2粉末的扫描电子显微镜照片如图5所示，这些纳米片表现出增大的比表面积更加有利于阴极材料与电解液中的离子发生氧化还原反应。M-VO2粉末的X射线衍射峰如图6所示，与VO2标准卡片相比出现峰偏移。
本实施例制备出的M-VO2正极用于水系锌离子电池器件，经过电化学性能测试，得到的循环稳定性如图7所示，3000圈的充放电后保留初始容量的77％，得到的倍率性能如图8所示，二者都表现出M-VO2较纯VO2显著提升的稳定性。
实施例3
一种VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，所述方法具体包括如下步骤：
1、使用水热法制备出VO2，即用V2O5和草酸获得前驱体溶液；
2、进行水热反应，将前驱体溶液转入聚四氟乙烯内胆并封在不锈钢釜中，放入干燥箱中；
3、使用小分子对VO2进行处理，处理步骤是用特定质量的小分子粉末与水热得到的VO2悬浮液混合，加热并搅拌若干分钟；
4、抽滤，使用抽滤装置将悬浮液抽滤成粉末，在氮气环境下干燥，获得本发明所述的M-VO2为水系锌离子电池的正极材料；
5、制备电极，将干燥后的粉末与分散液按比例混合，均匀涂覆在集流体上，放入干燥箱中干燥，备用；
6、封装测试，准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，M-VO2为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
所述的前驱体溶液，配制的前驱体为用1：9～9：1摩尔比的V2O5和草酸，在10～500mL去离子水中搅拌10～200分钟，获得前驱体溶液，备用；
所述的水热反应，反应条件为100～200℃的干燥箱中保持12～90h；
所述前驱体溶液转入聚四氟乙烯内胆，在聚四氟乙烯内胆加入10％～90％容积的前驱体溶液；
所述小分子为具有R取代基的苯环、五元或六元杂环类小分子，例如络氨酸、丁烯二酸酐、蔗糖、抗坏血酸、苯丙酸、N,N-二甲基苯甲酰胺、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、苯甘氨酸中的一种或几种。
-R可以是，＝O,-OH,-SH,≡CN,-NH2,-CONH2的一种或多种。
所述特定质量的小分子粉末为每100ml悬浮液添加0.1～1g；
所述加热搅拌，条件为将小分子粉末与VO2悬浮液混合，在惰性气体保护下，放置于30～90℃的恒温水浴中加热并搅拌0.5～8小时。
所述分散液为用4：1体积比的去离子水和乙醇为溶剂，乙炔黑和PTFE乳液为溶质配制而成的液体，乙炔黑和PTFE的浓度为5mg/ml。
所述集流体为泡沫镍，不锈钢网，碳布中的一种，为直径1.2cm的圆片。
实施例4
本案例为制备经小分子处理的VO2(M-VO2)并用作水系锌离子电池的正极。
(1)配制前驱体溶液
称量1mmol的无水草酸，放入100ml烧杯中，在烧杯中加入35ml去离子水，磁力搅拌至草酸全部溶解，再称量6mmol的V2O5并转入烧杯中，室温下磁力搅拌至溶解，加入1g络氨酸并溶解；
(2)水热反应
将前驱体溶液转入100ml聚四氟乙烯内胆中，并封在不锈钢Teflon高压釜中，然后放入120℃干燥箱水热反应18h，反应结束后冷却至室温，得到VO2的悬浮液，备用；
(3)抽滤并干燥
将步骤2中得到的产物使用抽滤装置抽滤掉液体，并用去离子水和乙醇先后各清洗3次，将滤纸连同粉末一起转移至120℃并通着氮气的管式炉中干燥12h，取出并得到M-VO2粉末，备用；
(4)制备电极
首先配制分散液，取10ml去离子水和40ml无水乙醇，转入100ml烧杯中，称量250mg乙炔黑和417mg的PTFE乳液(60wt％)分别加入烧杯中，剧烈震荡后放入超声机中超声12h备用；取2mgVO2粉末与50μl分散液混合并充分研磨混合均匀形成电极浆料，然后将浆料涂覆在集流体上，最后放入120℃的干燥箱中12h干燥备用；
(5)封装测试
准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，步骤4获得的电极为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
本实施例获得的用于水系锌离子电池的正极材料M-VO2粉末的实物照片如图2所示，M-VO2粉末的扫描电子显微镜照片如图5所示，这些纳米片表现出增大的比表面积更加有利于阴极材料与电解液中的离子发生氧化还原反应。M-VO2粉末的X射线衍射峰如图6所示，与VO2标准卡片相比出现峰偏移。
本实施例制备出的M-VO2正极用于水系锌离子电池器件，经过电化学性能测试，得到的循环稳定性如图7所示，3000圈的充放电后保留初始容量的77％，得到的倍率性能如图8所示，二者都表现出M-VO2较纯VO2显著提升的稳定性。
实施例5
一种VO2基水系锌离子电池的性能优化方法的证明，所述方法具体包括如下步骤：
1、用XRD对纯VO2和M-VO2进行X射线衍射分析，得到两者的XRD衍射图谱，如图6所示。由衍射峰强可以看出，M-VO2的结晶性没有纯VO2的结晶性高，表现出接近非晶态的结构；相比于纯VO2，M-VO2的主要峰的位置往右偏移0.1-0.4度。由文献报道的结果所知，电极材料结晶性不强时往往表现出优于强结晶性的材料。
2、用XPS对纯VO2和M-VO2进行O元素价态分析，得到两者的XPS图谱，如图9所示。由氧空位Od的面积比例可以看出，M-VO2的氧空位占比高，即经过小分子处理可以在VO2中引入氧空位，可以让材料表现出较强地Zn2+吸附能力，从而优化器件的电化学性能。
3、用XPS对纯VO2和M-VO2进行V元素价态分析，得到两者的XPS图谱，如图10所示。由图可以看出，经过小分子处理后，VO2中出现了V3+，根据之前的报道，混合价态的出现可以显著改善材料的电化学性能。
4、将图7中循环后的两个电池拆开，然后将两个不同的电极在去离子水中和无水乙醇中分别冲洗，然后干燥后进行XRD表征。
5、用XRD对纯VO2和M-VO2进行非原位X射线衍射分析，得到两者循环后的XRD衍射图谱，如图11所示，其中包含副产物的标准峰卡片。由峰强可以看出，经过小分子处理的VO2在充放电循环后，副产物的堆积明显减少，最终得到优异的循环稳定性。
本发明主要通过使用特定方法处理VO2粉末，在纯VO2的基础上，得到小分子耦合VO2(M-VO2)，用于水系锌离子电池的正极材料，得到优于VO2作为水系锌离子电池正极材料的循环稳定性和比容量。本发明的制作方法如下：①使用水热法制备出VO2，即用1:9～9:1摩尔比的V2O5和草酸加入10～500mL去离子中搅拌10～200分钟，获得前驱体溶液，然后进行水热；②使用小分子粉末对制备的VO2处理，处理步骤是用特定质量的小分子粉末与水热得到的VO2悬浮液混合，在10～90℃下加热并搅拌若干分钟；③使用抽滤装置将悬浮液抽滤成粉末，在氮气环境下干燥即可。本发明成功提高了VO2基水系锌离子电池的循环稳定性和比容量，为水系锌离子电池的发展带来了深远的影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述VO2基水系锌离子电池的性能优化方法包括：
采用V2O5和草酸为前驱体，以聚四氟乙烯为水热反应压力装置内胆，采用水热法制备出VO2；
然后用小分子粉末M与VO2悬浮液混合处理，加热搅拌干燥后得到处理过的M-VO2；
以不锈钢网作为集流体，锌片作为负极，玻璃纤维作为隔膜，以ZnSO4或Zn(CF3SO3)2作为电解液，封装成扣式电池。
2.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述的前驱体为用1:9～9:1摩尔比的V2O5和草酸加入10～500mL去离子水中搅拌10～200分钟，获得前驱体溶液。
3.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述的水热法为在聚四氟乙烯内胆加入10％～90％容积的前驱体溶液，水热时间和温度为12～90h，100～200℃中的一个。
4.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述的小分子为具有R取代基的苯环、五元或六元杂环类小分子，包括络氨酸、丁烯二酸酐、蔗糖、抗坏血酸、苯丙酸、N,N’-二甲基苯甲酰胺、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、苯甘氨酸中的一种或几种；
-R包括＝O,-OH,-SH,≡CN,-NH2,-CONH2的一种或多种。
5.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述的小分子粉末的质量为每100ml悬浮液添加0.1～1g。
6.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述的混合处理的处理步骤如下：将小分子粉末与VO2悬浮液混合，在惰性气体保护下，放置于30～90℃的恒温水浴中加热并搅拌0.5～8小时。
7.如权利要求1所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述VO2基水系锌离子电池的性能优化方法进一步具体包括：
使用水热法制备出VO2，即用V2O5和草酸获得前驱体溶液；
进行水热反应，将前驱体溶液转入聚四氟乙烯内胆并封在不锈钢釜中，放入干燥箱中；
使用小分子对VO2进行处理，处理步骤是用特定质量的小分子粉末与水热得到的VO2悬浮液混合，加热并搅拌若干分钟；
抽滤，使用抽滤装置将悬浮液抽滤成粉末，在氮气环境下干燥，获得本发明所述的M-VO2为水系锌离子电池的正极材料；
制备电极，将干燥后的粉末与分散液按比例混合，均匀涂覆在集流体上，放入干燥箱中干燥，备用；
封装测试，准备2M ZnSO4或3M Zn(CF3SO3)2作为电解液，锌箔作为负极，M-VO2为正极，分别测试充放电曲线和循环性能。
8.如权利要求7所述的VO2基水系锌离子电池的性能优化方法，其特征在于，所述制备电极中，所述分散液为用4：1体积比的去离子水和乙醇为溶剂，乙炔黑和PTFE乳液为溶质配制而成的液体，乙炔黑和PTFE的浓度为5mg/ml；所述集流体为泡沫镍，不锈钢网，碳布中的一种，为直径1.2cm的圆片。
9.一种利用权利要求1-8任意一项所述VO2基水系锌离子电池的性能优化方法制备的提升水系锌离子电池性能的正极材料M-VO2。
10.一种利用权利要求9所述正极材料M-VO2制备的水系锌离子电池。
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