本技术属于电池材料,尤其涉及一种离子电池的电极材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、目前市场上用于商业化的电池主要是锂离子电池,锂离子电池由于其具有高能量密度、长循环寿命以及低自放电率等优点被广泛应用于能源器件当中。但其在使用过程中,会出现以下问题:1、安全隐患:锂离子电池存在着短路、过充、过放等安全风险,一旦损坏可能会引发火灾或爆炸事故。2、成本较高:与一些其他类型的电池相比,锂资源较少,锂离子电池的制造成本相对较高,这可能会影响产品的整体成本。3、温度敏感:锂离子电池在极端温度下的性能可能会受到影响,需要在一定的温度范围内使用。基于以上问题,需要开发一种新型金属离子电池来替代锂离子电池,从而来解决以上问题。
2、其中,钠离子电池作为一种新兴的储能技术,由于其具有钠金属资源丰富、成本低、安全性好以及高温性能优良从而受到研究人员的广泛关注。但其在循环过程中由于钠离子较大的半径导致其反应动力学缓慢以及会发生较大的体积变化等问题。因此,设计和构建能够有效持久地传输离子的合适电极材料对于钠离子电池能否商业化是至关重要的。然而。目前用于商业化的活性材料主要是正极材料,负极材料主要还是以钠金属为主,钠金属作为负极材料在循环过程中存在着不稳定等一系列问题,因此,开发一种适用于钠离子电池的负极材料是一个巨大且迫切的挑战。
3、此外,水系锌离子电池因其具有电极材料资源丰富、电解液安全环保、生产工艺简单以及成本低廉等优点而被人们的广泛研究。但其正极材料主要还存在着能量密度低、循环稳定性较差等问题,因此,开发一种适用于锌离子电池正极材料是一个巨大且迫切的挑战。
技术实现思路
1、本发明实施例提供一种离子电池的电极材料及其制备方法和应用,旨在解决现有的钠离子电池负极活性材料在循环过程中出现的体积变化大等问题和锌离子电池正极材料循环不稳定等问题。
2、本发明的技术方案是这样实现的:
3、一种离子电池的电极材料,为硒化钒或硒化钒复合聚苯胺中的至少一种;
4、所述电极材料为钠离子电池负极活性材料或水系锌离子电池正极活性材料。
5、当所述离子电池的电极材料为硒化钒,所述离子电池的电极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
6、s11.将钒源与第一溶剂充分混合,制得第一混合物;
7、s12.将所述第一混合物与硒源和第一还原剂混合,制得第二混合物;
8、s13.将所述第二混合物进行水热反应;
9、s14.将s13得到的产物进行洗涤、收集,得到离子电池的电极材料硒化钒;
10、作为优选,所述钒源与硒源的v:se的摩尔比为1:(1~3);进一步优选的,所述钒源与硒源的v:se的摩尔比为1:2。
11、作为优选,步骤s11中:
12、所述钒源选自navo3、nh4vo3、na3vo4或vo(acac)2中的至少一种;
13、所述第一溶剂选自水、去离子水或无水乙醇中的至少一种。
14、进一步优选的,所述钒源为nh4vo3;所述溶剂为去离子水。
15、作为优选,步骤s12中:
16、所述硒源选自se粉或seo2中的至少一种;
17、所述第一还原剂选自氨水、无水草酸或水合肼中的至少一种。
18、进一步优选的,所述硒源为se粉;所述第一还原剂为无水草酸。
19、作为优选,步骤s13中:
20、所述水热反应的保温时间为2h~24h,保温温度为120℃~240℃。
21、进一步优选的,所述水热反应的保温时间为24h;所述水热反应的保温温度为200℃。
22、作为优选,步骤s14中:
23、所述洗涤的方法为抽滤或离心,所述收集的方法为真空烘干或冻干收集。
24、进一步优选的,所述洗涤、收集的方法为抽滤和冻干收集。
25、当所述离子电池的电极材料为硒化钒复合聚苯胺,所述离子电池的电极材料的制备方法,具体包括以下步骤:
26、s21.将硒化钒与第二溶剂充分混合,得到第三混合物;
27、s22.将所述第三混合物与苯胺单体混合,制得第四混合物;
28、s23.将所述第四混合物进行ph值调节,制得第五混合物;
29、s24.将所述第五混合物与第二还原剂充分混合,制得第六混合物;
30、s25.将所述第六混合物进行水热反应,制得硒化钒复合聚苯胺复合材料;
31、s26.将得到的产物进行洗涤、收集,得到离子电池的电极材料硒化钒复合聚苯胺。
32、作为优选,步骤s21中:
33、所述硒化钒的用量为0.5mmol~5mmol;所述硒化钒优选为上述方法制备获得的硒化钒。
34、所述第二溶剂选自水、去离子水或无水乙醇中的至少一种。
35、进一步优选的,所述硒化钒的量为1mmol,所述第二溶剂为去离子水。
36、作为优选,步骤s22中:
37、所述苯胺单体的用量为30μl~500μl。
38、进一步优选的,所述苯胺单体的量为60μl。
39、作为优选,步骤s23中:
40、所述ph值调节的调节剂选用硫酸、盐酸或硝酸中的至少一种,所述调节剂的浓度为0.5mol/l~5mol/l,调节范围为ph值=1~3。
41、进一步优选的,所述ph值调节的调节剂为盐酸,所述盐酸的浓度为3mol/l,调节后的ph值为3。
42、作为优选,步骤s24中:
43、所述第二还原剂位氨水、无水草酸或水合肼中的至少一种。
44、进一步优选的,所述第二还原剂为无水草酸。
45、作为优选,步骤s25中:
46、所述水热反应的保温时间为2h~24h,所述水热反应的保温温度为60℃~180℃。
47、进一步优选的,所述水热反应的保温时间和保温温度分别为24h和120℃。
48、作为优选,步骤s26中:
49、所述洗涤的方法为抽滤或离心,所述收集的方法为真空烘干或冻干收集。
50、进一步优选的,所述洗涤、收集的方法为离心和冻干收集。
51、上述离子电池的电极材料在钠离子电池的负极或水系锌离子电池的正极中应用。
52、本发明的技术方案与现有技术相比具有以下有益效果:
53、本发明获得离子电池的电极材料为硒化钒或硒化钒复合聚苯胺中的至少一种;本发明的离子电池电极材料的制备方法复杂度不高,便于工业生产应用。经过将离子电池的电极材料(硒化钒或硒化钒复合聚苯胺)作为钠离子电池负极活性材料或水系锌离子电池正极活性材料进行性能检测时,作为钠离子电池的负极材料时在循环过程中结构稳定,在倍率为10a g-1时,测的比容量能够达到310mah g-1,在循环2000次后,容量保持率仍然能够达到80.3;在作为锌离子电池正极材料时循环稳定,在倍率为10a g-1时,测的比容量能够达到121mah g-1,在循环2000次后,容量保持率仍然能够达到70.3。此外,本发明获得的离子电池电极材料即可用于钠离子电池的负极材料、也可以应用于锌离子电池的正极材料,具有广泛的应用前景。
1.一种离子电池的电极材料,其特征在于,为硒化钒或硒化钒复合聚苯胺中的至少一种;
2.权利要求1所述的离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:当所述离子电池的电极材料为硒化钒,具体包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s11中:所述钒源选自navo3、nh4vo3、na3vo4或vo(acac)2中的至少一种;
4.根据权利要求2所述离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s12中:所述硒源选自se粉或seo2中的至少一种;
5.根据权利要求2所述离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s13中:所述水热反应的保温时间为2h~24h,保温温度为120℃~240℃;
6.权利要求1所述的离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:当所述离子电池的电极材料为硒化钒复合聚苯胺,具体包括以下步骤:
7.权利要求6所述的离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s21中:所述硒化钒的用量为0.5mmol~5mmol;
8.权利要求6所述的离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s22中:所述苯胺单体的用量为30μl~500μl;
9.权利要求6所述的离子电池的电极材料的制备方法,其特征在于:步骤s24中:所述第二还原剂位氨水、无水草酸或水合肼中的至少一种;
10.权利要求1所述的离子电池的电极材料在钠离子电池的负极或水系锌离子电池的正极中应用。