一种镁掺杂V3O7•H2O电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池上的应用

本发明属于材料，具体涉及一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池上的应用。

背景技术：

1、可再生能源发电往往具有间歇性和随机性，未来电网需要大规模的储能系统对这种波动进行有效缓冲，以实现稳定的能量储存与输出。在过去几十年里，锂离子电池作为高效、灵活的储能装置，在电子消费产品、电动汽车以及电网储能等领域得到了广泛的应用。然而锂离子电池的生产成本较高，锂的资源储备不足，并且大多使用的是有毒、易燃的有机电解液，存在安全隐患的同时易造成环境污染，这些问题严重阻碍了其在大规模储能领域的发展和应用。而储能装置的发展是解决能源危机和利用高效可再生能源的重要途径。因此，研究和开发能够替代锂离子电池并兼具低成本、高能量、高安全性以及绿色环保等特点的新型储能电池体系，是可持续发展的重要方向。

2、水系锌离子电池，区别于传统的碱性锌锰电池和镍锌电池，以中性或弱酸性的锌盐水溶液作为电解质(ph：3.6-6.0)，对封装条件要求不高，生产成本低廉，安全且对环境友好，在大规模储能领域具有良好的发展前景，被研究人员视为一种更具前途的电池研究方向。尤其，与有机系电解液相比，水系电解液具有高离子电导率、高安全性、低成本、易封装等优势，从而实现更为优异的倍率性能。但是，目前所使用的电极材料如锰氧化物、普鲁士蓝类化合物等，这些材料存在不必要的相变、不可避免的溶解和不理想的可逆能力导致导电性差、倍率性能差、循环性能有限等问题，难以满足日益增长的需求。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池上的应用。

2、本发明采用的技术方案是：一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，其制备方法包括如下步骤：

3、将v2o5溶解在去离子水中，加入了聚乙二醇-400和h2o2，室温下搅拌后，进行水热反应，得到了正极材料钒氧化物，加入碳酸镁，进行二次水热反应，得到mg掺杂的钒氧化物mgxv3o7·h2o。

4、上述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，按摩尔比，五氧化二钒：碳酸镁＝1：0.5～1：0.083。

5、上述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，所述水热反应是将混合溶液转移到铁氟龙内衬高压灭菌器中，180℃下反应60h。

6、上述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，所述二次水热反应是在180℃下反应3h。

7、上述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料作为正极片在水系锌离子电池上的应用。

8、上述的应用，正极片的制备方法包括如下步骤：

9、将镁掺杂v3o7·h2o电极材料与粘结剂和导电材料混合均匀后，滴加少量nmp作为溶剂，混合均匀后，直接涂抹于衬底碳纸上，真空干燥箱烘干，取出，得涂覆有镁掺杂v3o7·h2o的正极片。

10、上述的应用，所述粘结剂为pvdf。

11、上述的应用，所述导电材料为super-p。

12、上述的应用，按质量比，镁掺杂v3o7·h2o电极材料：粘结剂：导电材料＝8:1:1。

13、本发明的有益效果是：

14、1、通过在合成过程中引入镁离子，显著提高了材料的导电性、循环性能，还降低了内阻。

15、2、镁离子的引入扩大了层间距，从而改善了材料在充放电过程中的比容量和倍率性能。

16、3、具有成本低、环境友好、安全性较高的特点。

17、4、具有较高的能量密度和功率密度等优点。

18、5、合成工艺和组装工艺简单，易于操作控制，适于连续化大规模生产。

19、6、经过改性后，电极材料的容量由之前的320mah/g提升到了380mah/g。

20、7、本发明方法也适用于其他金属氧化物正极材料。

技术特征：

1.一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，其特征在于，按摩尔比，五氧化二钒：碳酸镁＝1：0.5～1:0：083。

3.根据权利要求1所述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，其特征在于，所述水热反应是将混合溶液转移到铁氟龙内衬高压灭菌器中，180℃下反应60h。

4.根据权利要求1所述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料，其特征在于，所述二次水热反应是在180℃下反应3h。

5.权利要求1-4任一项所述的一种镁掺杂v3o7·h2o电极材料作为正极片在水系锌离子电池上的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，正极片的制备方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述粘结剂为pvdf。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述导电材料为super-p。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，按质量比，镁掺杂v3o7·h2o电极材料：粘结剂：导电材料＝8:1:1。

技术总结本发明属于材料技术领域，具体涉及一种镁掺杂V<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;·H<subgt;2</subgt;O电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池上的应用。将V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;溶解在去离子水中，加入了聚乙二醇‑400和H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;，室温下搅拌后，进行水热反应，得到了正极材料钒氧化物，加入碳酸镁，进行二次水热反应，得到Mg掺杂的钒氧化物Mg<subgt;x</subgt;V<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;·H<subgt;2</subgt;O。该材料通过简单的一步水热法制备了V<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;·H<subgt;2</subgt;O，通过二次水热进一步反应将金属镁离子掺杂电极材料内，通过在V<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;·H<subgt;2</subgt;O中掺杂镁离子扩大了其层间距有效的促进了离子的扩散和电荷转移，提高了V<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;·H<subgt;2</subgt;O的导电性，降低其内阻，并且保持了材料的结构灵活性和稳定性，从而提升水系锌离子电池的整体性能。技术研发人员：张思文,石耀文,尹博思受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27