CN116495779A - 一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 - Google Patents
一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116495779A CN116495779A CN202310305470.8A CN202310305470A CN116495779A CN 116495779 A CN116495779 A CN 116495779A CN 202310305470 A CN202310305470 A CN 202310305470A CN 116495779 A CN116495779 A CN 116495779A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vanadium
- ion battery
- water
- zinc ion
- battery 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
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N Acetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC=C1 KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical group [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical group [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- OYAAZCVQGCRSJL-UHFFFAOYSA-N copper vanadium zinc Chemical compound [V][Zn][Cu] OYAAZCVQGCRSJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017267 Mo 6 S 8 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
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
- H01M4/36—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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开一种水系钒基锌离子电池材料，属于电极材料制备技术领域，其制备方法包括以下步骤：将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180‑200℃下保温反应15‑20h，产物经洗涤后干燥制得；本发明提供一种具有高比容量和循环稳定性的正极材料，所述正极通过简单的水热反应可以制备得到，其合成简单、成本低、安全性高，易于规模化生产，同时具有良好的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料制备技术领域，具体涉及一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法。
背景技术
目前，锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等得到了迅速的发展，如锂离子电池已广泛应用到便携式电子产品，电动车领域以及大规模储能系统当中。但上述电池也存在着一些缺点严重制约了其在工业上的进一步应用，比如锂离子电池存在资源短缺、成本高以及安全隐患等问题；铅酸电池存在污染环境、体积大、比能量密度较低等问题；燃料电池存在成本高，技术不成熟等问题，因此需要开发低成本，环境友好，高安全的新型电池体系。
相比于有机溶剂电解液，可充电水系电池能够提供高安全性、更低成本和易加工特点，引起了广大研究者的关注相继开发了以锌离子、铝离子、镁离子等多价态金属阳离子为基础的水系可充电电池，其中，锌离子电池凭借其高容量，低的氧化还原电势和突出的稳定性以及无毒优势正受到越来越多的研究人员和电池公司的关注。水系锌离子电池的制备工艺简单，在空气环境下就能组装，同时金属锌具有储量丰富，电导率高，易于加工以及在水溶液中其相容性和稳定性都较高，易燃性低以及毒性低等优点。其电解液采用水溶液电解液，相比有机电解液更加安全环保，并且水系电解液的离子电导率比有机电解液高出2-3个数量级，这一优越性也可促使水系锌离子电池的进一步发展；目前关于水系锌离子电池材料和器件的设计已经取得了显著的进展。
然而，水系锌离子电池仍处于初级研究阶段，仍然有许多问题需要解决。例如，尽管一些活性材料如M5O2，Mo6S8和Na3V2(PO4)3已经被用于锌离子电池正极材料，但是它们的容量较低，常常低于300 5Ah·g-1，同时循环稳定性较差。因此，高容量正极材料是目前水系锌离子电池开发的重点。
发明内容
针对上述问题中的至少一种，本发明提供一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，包括以下步骤：
将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180-200℃下保温反应15-20h，产物经洗涤后干燥制得。
优选的，所述钒源为钒酸铵或五氧化二钒。
优选的，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。
优选的，所述钒源与所述铜盐的质量比例在1：(0.5-2)，所述硝酸和所述苯乙酮的体积比为1：(0.5-2)。
优选的，所述升温的速率在2-5℃5555。
优选的，所述洗涤是依次以去离子水和乙醇洗涤3-5次。
优选的，所述干燥是在100℃的真空干燥箱中干燥12h。
本发明的另一方面在于提供一种水系钒基锌离子电池材料，所述材料由前述制备方法制备得到。
本发明的另一方面在于提供一种所述电池材料的应用方法，具体是作为水系锌离子电池正极材料的应用。
本发明的有益效果为：
针对现有技术中的水系锌离子电池正极材料存在的比容量不高、循环稳定性差的问题，本发明提供一种具有高比容量和循环稳定性的正极材料，所述正极通过简单的水热反应可以制备得到，其合成简单、成本低、安全性高，易于规模化生产，同时具有良好的电化学性能，比常规产品容量高、循环性能好，在100 5A·g-1电流密度下，放电比容量高达4005Ah·g-1，并具有较好的循环稳定性，满足水系锌离子电池正极材料高性能、低成本、绿色环保的要求。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例所述正极材料的扫描电镜图；
图2是本发明实施例所述正极材料的电池性能曲线图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明的实施例涉及一种钒基水系锌离子电池正极材料Cu0.95V2O5，其制备方法包括以下步骤：
称取钒酸铵1955g(或等摩尔量的五氧化二钒)、硝酸铜1655g(或等摩尔量的硫酸铜、氯化铜)，与浓硝酸250μL、苯乙酮350μL共溶于去离子水中，混合均匀加入到不锈钢反应釜内，以2-5℃5555的升温速率升温至200℃并保温15h，产物经水和乙醇洗涤3-5次，置于真空烘箱100℃干燥12h，制得。
所述正极材料的扫描电镜图如图1所示，所制备的正极材料呈现纳米线形貌；所述正极材料的电池性能曲线如图2所示，在100 5A·g-1电流密度下，放电比容量高达4005Ah·g-1，并具有较好的循环稳定性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钒源、铜盐、去离子水、硝酸和苯乙酮按化学计量比充分混合后升温至180-200℃下保温反应15-20h，产物经洗涤后干燥制得。
2.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为钒酸铵或五氧化二钒。
3.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。
4.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述钒源与所述铜盐的质量比例在1：(0.5-2)，所述硝酸和所述苯乙酮的体积比为1：(0.5-2)。
5.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述升温的速率在2-5℃5555。
6.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤是依次以去离子水和乙醇洗涤3-5次。
7.根据权利要求1所述的一种水系钒基锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述干燥是在100℃的真空干燥箱中干燥12h。
8.根据权利要求1-7之一所述制备方法制备得到的水系钒基锌离子电池材料。
9.一种水系锌离子电池，包括正极材料，其特征在于，所述正极材料为权利要求8所述电池材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310305470.8A CN116495779A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310305470.8A CN116495779A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116495779A true CN116495779A (zh) | 2023-07-28 |
Family
ID=87325713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310305470.8A Pending CN116495779A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116495779A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105236486A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-13 | 山东大学 | 一种高性能锂离子电池正极材料五氧化二钒空心微球及制备方法 |
| JP2016113331A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 昭和電工株式会社 | ＢｉＶＯ４が担持された酸化チタンの製造方法および抗ウイルス性組成物 |
| CN105895894A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-08-24 | 淮阴工学院 | 一种钒酸铜材料及其制备方法与电化学性能 |
| CN114804204A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-07-29 | 烟台大学 | 一种通过溶剂热-碳还原法制备v6o13纳米花球材料的方法 |
-
2023
- 2023-03-24 CN CN202310305470.8A patent/CN116495779A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016113331A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 昭和電工株式会社 | ＢｉＶＯ４が担持された酸化チタンの製造方法および抗ウイルス性組成物 |
| CN105236486A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-13 | 山东大学 | 一种高性能锂离子电池正极材料五氧化二钒空心微球及制备方法 |
| CN105895894A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-08-24 | 淮阴工学院 | 一种钒酸铜材料及其制备方法与电化学性能 |
| CN114804204A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-07-29 | 烟台大学 | 一种通过溶剂热-碳还原法制备v6o13纳米花球材料的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| WEN HU ET AL.: ""Low-cost and facile one-pot synthesis of pure single-crystalline ε-Cu0.95V2O5 nanoribbons: high capacity cathode material for rechargeable Li-ion batteriesw"", 《CHEMCAL COMMUNICATION》, vol. 47, 22 March 2011 (2011-03-22), pages 5250 - 5252 * |
| XIN YU ET AL.: ""High-performance Cu0.95V2O5 nanoflowers as cathode materials for aqueous zinc-ion batteries"", 《RARE METALS》, vol. 41, 15 March 2021 (2021-03-15), pages 29 - 36 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108767263B (zh) | 一种改性金属锂负极铜箔集流体的制备方法及应用 | |
| CN101859887A (zh) | 一种过渡金属磷酸盐包覆的锂离子电池复合正极材料 | |
| CN108987711A (zh) | 一种球形钠离子电池正极四元材料及其制备方法 | |
| CN113937341A (zh) | 一种金属锌二次电池 | |
| CN105742607A (zh) | 一种提高富锂正极材料首次库伦效率的方法 | |
| CN100583505C (zh) | Fe5（PO4）4（OH）3的制备及其应用 | |
| CN115148969B (zh) | 一种淀粉膜保护锌金属负极的制备方法及应用 | |
| CN112830521B (zh) | 一种F掺杂P2-Na0.7MnO2电极材料及其制备方法 | |
| CN113270577A (zh) | 一种水系锌离子电池及正极材料 | |
| CN114447446A (zh) | 一种水系锌离子电池添加剂及其制备的电解液及应用 | |
| CN111196600A (zh) | 一种空心球状结构磷酸铁材料及其制备方法 | |
| CN108199068B (zh) | 一种低温用全钒液流电池电解液及其制备方法 | |
| CN113206283A (zh) | 一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液 | |
| CN118016948A (zh) | 多活性物质电解液及包含其的液流电池 | |
| CN112490414B (zh) | 一种二氧化锡和五氧化二钒复合电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN114665166A (zh) | 一种含铝离子的电池电解液及电池 | |
| CN116495779A (zh) | 一种水系钒基锌离子电池材料及制备方法 | |
| CN114447445A (zh) | 一种水系锌离子电池电解液制备及其应用 | |
| CN111816853B (zh) | CuS-Cu7.2S4纳米复合材料、锂电池及制备方法 | |
| CN112250114A (zh) | 一种钛掺杂改性二氧化锰电极材料的制备方法与应用 | |
| CN104600261B (zh) | 一种石墨/Mn3O4复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112467070A (zh) | 一种钠离子电池负极材料 | |
| CN107248574A (zh) | 一种碳包覆钠离子电池正极材料的制备方法 | |
| CN113258144B (zh) | 一种水系相变电解液及其应用 | |
| CN115520850B (zh) | 一种钛白副产硫酸亚铁和废旧石墨负极材料综合资源化回收再利用方法 |
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 |