CN113506873A - 一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 - Google Patents
一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113506873A CN113506873A CN202110728037.6A CN202110728037A CN113506873A CN 113506873 A CN113506873 A CN 113506873A CN 202110728037 A CN202110728037 A CN 202110728037A CN 113506873 A CN113506873 A CN 113506873A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mxene
- ion battery
- composite modified
- positive electrode
- electrode material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010405 anode material Substances 0.000 title claims description 11
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 33
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000005770 birds nest Nutrition 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 235000005765 wild carrot Nutrition 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- FUHNYNGYWNVWOA-UHFFFAOYSA-H trivanadate Chemical compound O[V](O)O[V](O)(O)O[V](O)O FUHNYNGYWNVWOA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 206010035148 Plague Diseases 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021542 Vanadium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical class [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N vanadium dioxide Chemical compound O=[V]=O GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/38—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，包括MXene纳米片与VO2纳米棒构成的异质结构，所述异质结构为具有开口的中心球状。本发明还公开了一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，将MXene纳米片与VO2纳米棒分散到去离子水中搅拌均匀，首先进行超声处理然后进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。本发明具有较高的容量、优异的倍率性能，尤其是低温下依然保持着很高的容量以及倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锌离子电池正极材料及其制备方法，特别是涉及一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术
目前，锂离子电池(LIBs)由于其高电压、大功率密度和长寿命已经进入市场。但是，锂离子电池拥有一些天然的缺陷，例如，锂资源短缺，锂金属昂贵，成本高。其次，锂离子电池使用的有机电解液往往带有剧毒，污染环境是一个不可忽视的问题。
为了解决上述锂离子电池的问题，许多研究者将目光转到水系电池中，锌的标准电极电势为-0.76v，金属锌的价格低，锌金属的储存丰富，且与锂相比，活泼性低，在空气中不易于水氧发生反应等等的优点，所以水系锌离子电池是水系电池中的热点，但是水系锌离子电池受到具有双价电荷的Zn2+缓慢动力学的困扰，因此在其中发现合适的正极材料对于水系锌离子电池的开发和商业化至关重要。
目前的水系锌离子电池的正极材料包括MnO2晶型、锰基氧化物、普鲁士蓝类似物、金属硫化物和有机化合物等。在这些正极材料中，二氧化钒(VO2)的价态(V3+、V4+、V5+)多、晶体结构多样、资源丰富和理论比容量高。VO2具有独特的由共享边VO6八面体形成的层状结构，可以支持锌离子的插层和脱嵌
但是VO2也有很多缺点，比如在充放电过程中电子/离子转移动力学低，结构容易崩溃。
MXene是一种新的二维(2D)过渡金属碳化物/碳氮化物，它的结构与石墨烯类似。MXene由于其优越的导电性、高比表面积和显著的化学耐久性，被广泛应用于先进的铅酸型LIBs、钠离子混合电容和锌离子电池中。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，本发明的另一任务在于提供一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，改善材料的比容量、倍率性能及低温性能。
本发明技术方案是这样的：一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，包括MXene纳米片与VO2纳米棒构成的异质结构，所述异质结构为具有开口的中空球状。
进一步地，所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的质量比为1︰5～20。
进一步地，所述MXene纳米片厚度为30～100nm，所述VO2纳米棒的直径为20～200nm。
一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将MXene纳米片与VO2纳米棒分散到去离子水中搅拌均匀，首先进行超声处理然后进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
进一步地，所述超声处理时超声频率为20～80Hz，超声处理时间为1～8h。
进一步地，所述冻干时温度为-30～-60℃，冻干时间为24h以上。
进一步地，所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的质量比为1︰5～20。
进一步地，所述将MXene纳米片与所述VO2纳米棒分散到去离子水中时，所述去离子水的添加量与所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的总质量比为15～70ml︰1g。
进一步地，所述VO2纳米棒通过以下步骤制备：V2O5固体分散到去离子水中，然后添加H2C2O4均匀搅拌分散，加热到85℃～90℃后保温；然后向溶液中添加H2O2混合搅拌，再添加无水乙醇并且在140℃～200℃环境中保温6～24h，最后冷却到室温收集全部溶液，用乙醇和去离子水多次离心收集固体，在80℃～85℃下真空干燥，得到所述VO2纳米棒。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明通过超声冻干的方法制得的复合材料由MXene与VO2均匀构成，形貌呈具有开口的中空球状，形似鸟巢状，其中MXene为大单层或少层的薄片，经过超声的方法将大的片层超声成片层厚度在30～100nm之间纳米薄片，与棒状VO2均匀复合，形成的该异质结构减少了VO2的团聚的现象，使得更多的VO2暴露在外层，提供了更多的活性位点，同时增加了活性物质与电解液的接触面积，提供了更多的容量。
本发明提出MXene复合VO2作为锌离子电池的正极材料，不仅可以增加材料的比表面积，更重要的在于减轻了VO2在充放电过程中的体积膨胀效应，不仅可以增加材料的循环稳定性，提供更长的电池寿命，还可以增加材料的倍率性能，与纯相VO2相比，MXene复合VO2的倍率性能有了质的变化，这个变化可以归结于MXene薄片作为异质结构的一部分，使得锌离子在材料中的穿梭有了更快的条件，可以实现大电流下的快充快放。
总之，MXene复合VO2的复合材料有着更高的容量、优异的倍率性能以及更长的寿命，以及优异的低温性能，有着良好的商业化价值，为实现大体积的储能以及低温电池提供了一种优异的锌离子正极材料。
附图说明
图1为实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的TEM图。
图2为实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的SEM图
图3为实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的V元素的XPS图。
图4为实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料在10A/g恒电流密度下的放电曲线及库伦效率曲线图。
图5为实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料在-20℃的倍率性能。
图6为各实施例使用的VO2材料的倍率性能。
图7为对比例1的倍率性能。
图8为对比例2在10A/g的电流密度下循环性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明各实施例所采用的MXene纳米片均购买于南京/江苏先丰纳米材料科技有限公司，其CAS号为12316-56-2，编号XFK07。
各实施例采用的VO2纳米棒材料采用以下方式制得：1.2g V2O5固体分散到20毫升去离子水，然后添加2.4gH2C2O4分散，均匀搅拌30分钟，之后转移到烧杯加热到90℃，保温5小时。然后再混合溶液中添加5mlH2O2(30％)搅拌30分钟，将50毫升无水乙醇添加到混合溶液中，溶液被转移到一个100毫升聚四氟乙烯水热反应釜中并且在烘箱保温170℃，12h。最后，聚四氟乙烯反应釜冷却到室温，收集全部溶液，用乙醇和去离子水多次离心收集固体，在80℃下真空干燥10h，VO2粉末。
实施例1：
MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法如下：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末2g分散到60ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行20Hz的频率持续超声1h，然后将溶液在-30℃冻干机中冻干72h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例2：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末0.5g分散到40ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行20Hz的频率持续超声1h，然后将溶液在-30℃冻干机中冻干72h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例3：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末1g分散到20ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行20Hz的频率持续超声1h，然后将溶液在-30℃冻干机中冻干72h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例4：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末1g分散到20ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行40Hz的频率持续超声2h，然后将溶液在-30℃冻干机中冻干72h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例5：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末1g分散到20ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行80Hz的频率持续超声8h，然后将溶液在-30℃冻干机中冻干72h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例6：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末1g分散到20ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行40Hz的频率持续超声2h，然后将溶液在-55℃冻干机中冻干48h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
实施例7：
将MXene粉末0.1g与VO2粉末1g分散到20ml去离子水中搅拌30min使其均匀，然后置于超声机中，首先进行40Hz的频率持续超声2h，然后将溶液在-60℃冻干机中冻干24h进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
上述各实施例中MXene纳米片厚度为30～100nm，VO2纳米棒的直径约为20～200nm，实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的TEM图如图1所示，图片中基底透明的薄膜是MXene，纳米棒是VO2，可以看出VO2纳米棒和MXene纳米薄片的复合良好。SEM图如图2所示，MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料形成了开口的中心球状，形似鸟巢状形貌。实施例6制得的锌离子电池正极材料的V元素的XPS图，如图3所示，在结合能516.2eV和523.5eV处是V3+的2P1/2和2P3/2的峰，同样地，在517.5eV和525.1eV处的峰是V4+的结合能位置，说明VO2/MXene中V的元素有两个价态，其中3价的出现可能是因为在H2O2与草酸还原V2O5的过程，有部分V被还原到3价。
对比例1：
将三钒酸铵前驱体放入氩气的惰性气体环境中，将三钒酸铵以5℃/min的速度升温至200℃，预加热30min。随后以3℃/min的升温速率，将样品加热到600℃，样品在600℃保温12h。然后冷却，得到的固体粉末为纯相VO2粉末。
对比例2：
本发明对比例采用的MXene纳米片材料通过以下方式制得：首先将1g粉末Ti3AlC2和30毫升氢氟酸(HF,50％)在烧杯中在25℃下反应48小时。然后用去离子水将得到的固体离心多次，直到上清液的pH值大于6。固体产物在80℃下真空干燥12h，得到MXene粉末。应当指出的是MXene纳米片材料不限于采用Ti3AlC2制得。
将VO2的粉末1g与上述方法合成的MXene材料0.1g导入烧杯中，加入60ml去离子水，放在超声清洗机以40Hz中超声分散2h，将混合溶液导入体积容量为80ml的聚四氟乙烯反应釜中，放入烘箱中水热，温度180℃保温12h，制备MXene/VO2复合材料。
分别将上述各实施例、对比例制得的最终材料以及各实施例使用的VO2粉末，分别与导电炭黑和PVDF混合，加入一定量的1-甲基，2-吡咯烷酮搅拌，制备电极极片，随后涂在集流体上，烘干切片，制备成锌离子电池正极，组装锌离子电池。锌离子电池的性能如下：
其中实施例6制得的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料与其他对比例材料的性能比较如图4至图8所示。在40Hz的超声频率以及2h的超声时间下，MXene的结构可以不被破坏，且可以被超声分散成薄纳米片，使得VO2纳米棒与MXene具备复合成鸟巢结构的基础。冷冻干燥在-55℃可以保持其原本的鸟巢结构的形貌，形貌的优势使得复合物拥有着优异的倍率性能以及高的比容量。本发明的MXene复合VO2的复合材料有着更高的容量、优异的倍率性能以及更长的寿命，以及优异的低温性能，有着良好的商业化价值。
Claims (9)
1.一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，其特征在于，包括MXene纳米片与VO2纳米棒构成的异质结构，所述异质结构为具有开口的中空球状。
2.根据权利要求1所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，其特征在于，所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的质量比为1︰5～20。
3.根据权利要求1所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料，其特征在于，所述MXene纳米片厚度为30～100nm，所述VO2纳米棒的直径为20～200nm。
4.一种MXene复合改性VO2的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MXene纳米片与VO2纳米棒分散到去离子水中搅拌均匀，首先进行超声处理然后进行冻干至全部水分升华，剩余物为锌离子电池正极材料。
5.根据权利要求4所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述超声处理时超声频率为20～80Hz，超声处理时间为1～8h。
6.根据权利要求4所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述冻干时温度为-30～-60℃，冻干时间为24h以上。
7.根据权利要求4所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的质量比为1︰5～20。
8.根据权利要求4所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述将MXene纳米片与所述VO2纳米棒分散到去离子水中时，所述去离子水的添加量与所述MXene纳米片与所述VO2纳米棒的总质量比为15～70ml︰1g。
9.根据权利要求4所述的MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述VO2纳米棒通过以下步骤制备：V2O5固体分散到去离子水中，然后添加H2C2O4均匀搅拌分散，加热到85℃～90℃后保温；然后向溶液中添加H2O2混合搅拌，再添加无水乙醇并且在140℃～200℃环境中保温6～24h，最后冷却到室温收集全部溶液，用乙醇和去离子水多次离心收集固体，在80℃～85℃下真空干燥，得到所述VO2纳米棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110728037.6A CN113506873A (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110728037.6A CN113506873A (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113506873A true CN113506873A (zh) | 2021-10-15 |
Family
ID=78010837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110728037.6A Pending CN113506873A (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113506873A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114188542A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-15 | 中南大学 | 一种锌基mof负载二氧化钒纳米材料及其制备和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104445402A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 不同价态、晶型和形貌的钒氧化物的制备方法 |
| CN112436118A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-02 | 华中农业大学 | Vo2（b）/碳布自支撑材料及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-06-29 CN CN202110728037.6A patent/CN113506873A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104445402A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 不同价态、晶型和形貌的钒氧化物的制备方法 |
| CN112436118A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-02 | 华中农业大学 | Vo2（b）/碳布自支撑材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LINENG CHEN等: "An Ultrastable and High-Performance Zn/VO2 Battery Based on a Reversible Single-Phase Reaction", 《CHEM. MATER.》 * |
| ZHENGLUSHI等: "Flexible Free-Standing VO2/MXene Conductive Films as Cathodes for Quasi-Solid-State Zinc-Ion Batteries", 《CHEMELECTROCHEM》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114188542A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-15 | 中南大学 | 一种锌基mof负载二氧化钒纳米材料及其制备和应用 |
| CN114188542B (zh) * | 2021-12-09 | 2024-01-26 | 中南大学 | 一种锌基mof负载二氧化钒纳米材料及其制备和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108649190B (zh) | 具有三维多孔阵列结构的垂直石墨烯/钛铌氧/硫碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109817918B (zh) | 硫掺杂MXene复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110752356B (zh) | 一种双金属硒化物的钠离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN108658119B (zh) | 一种低温硫化技术用于制备硫化铜纳米片及其复合物的方法和应用 | |
| CN111517374B (zh) | 一种Fe7S8/C复合材料的制备方法 | |
| CN112467111A (zh) | 一种导电碳基底负载石墨烯气凝胶复合电极及其制备方法 | |
| CN110783538B (zh) | 一种气相包覆金属氧化物的锂电池的三元正极材料及其制备方法 | |
| CN112652757B (zh) | 一种改性硅碳负极材料及其制备方法与应用 | |
| CN113871209B (zh) | 一种碳包覆石墨烯-氧化铁复合电极材料及其制备方法与应用 | |
| CN116344823A (zh) | 一种碳包覆复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111370656B (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109003827B (zh) | 一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用 | |
| CN110407165B (zh) | 锂硫电池用硒掺杂的共价有机骨架-硫正极复合材料及其合成方法 | |
| CN113506873A (zh) | 一种MXene复合改性VO2的锌离子电池正极材料及制备方法 | |
| CN112510187A (zh) | 一种静电自组装球状三氧化钼/MXene复合材料及其制备方法和应用 | |
| JP2023528650A (ja) | ハイブリットキャパシタの正極、その調製方法および使用 | |
| CN114784227B (zh) | 一种石墨烯/金属氧化物复合纳米材料及其制备方法和应用、电极极片及其应用 | |
| CN114148998B (zh) | 一种精准氟化银杏叶和纯化方法及锂一次电池功能应用 | |
| CN108899514B (zh) | 一种三维多孔MoS2/rGO纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN113394395A (zh) | 氟化钴基复合电极材料及其制备方法 | |
| CN113224291A (zh) | 一种氮硫掺杂碳负载Fe7S8电池负极材料的制备方法及其应用 | |
| CN107768658B (zh) | 一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法 | |
| CN114094075B (zh) | 一种硒化铁-氧化铁纳米管/石墨烯气凝胶复合负极材料及其制备方法与应用 | |
| CN109626445B (zh) | 一种片状钴酸锌电极材料及其制备方法 | |
| CN109003832B (zh) | 一种三维多孔石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211015 |