【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備及應用，屬于鋅離子電池電極材料。
技術介紹
1、電化學儲能體系憑借其綠色、高效的特點被認為是現階段實現雙碳的重要組成部分。現階段被廣泛應用的鋰離子電池由于鋰資源的日益匱乏及其自身有機電解液所帶來的安全隱患，在大規模生產中受到了限制。因此，綠色安全且離子導電率高的水系金屬離子電池（如鈉、錳、鋁、鋅等）越來越受到關注。
2、在各種電極材料中釩基正極的釩的氧化物由于其結構穩定性好、理論容量高，因此在電池材料的應用前景十分廣闊。其中釩元素的性質活潑，具有較多的價態，價格低廉，儲量豐富，其化合物表現出較強的金屬離子儲存能力且擁有較高的理論比容量和放電電壓平臺以及不同的晶體結構，故而釩基氧化物材料成為了最具前景的電極材料。
3、傳統層狀結構材料在層間具有弱范德華相互作用的特點，同時具有強的面內化學鍵，促進向面內方向延伸，這為容納外來離子，特別是多價金屬離子或半徑較大的水合離子提供了暢通無阻的通道。但由于金屬離子在釩氧材料中的強靜電作用限制了循環性，充放電過程中電極材料會發生溶解，長期積累使電極材料相變。
4、目前報導的釩氧材料優化策略有摻雜金屬離子和水插層策略，此外還有釩氧化物與有機分子如聚苯胺、乙二醇、乙二胺等復合后提高電極材料的電化學性能，但仍然面臨著金屬離子在其框架中嵌入和脫出循環過程中不可逆相變的產生。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備及應用，
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于：包括以下步驟：1）將水溶液和有機多元醇混合溶劑按體積比11?ml：6?ml進行充分攪拌得到的溶液中加入氧釩前驅體材料混合后再次進行充分攪拌，攪拌溫度為室溫，時間為12?h~48?h，優選為12?h，得到的混合溶液；2）在不銹鋼反應釜中進行混合溶液的溶劑熱反應，不銹鋼反應釜的內襯優選為聚四氟乙烯材料，溶劑熱反應的溫度為180?℃~210?℃，優選為205?℃；保溫時間為24?h~48?h，優選為36?h；3)待溶劑熱反應完畢并自然冷卻后，取出反應料液，將離心分離得到的沉淀物用乙醇反復清洗，直至除去雜質，并在烘箱中干燥，干燥溫度為60?℃~100?℃，優選為80?℃；時間為12?h~48?h，優選為24?h，得到所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料。
3、所述有機多元醇混合溶劑包括乙二醇和丙三醇一種或兩種。
4、所述氧釩前驅體材料為釩的氧化物或釩酸鹽，其中所述釩的氧化物包括商用v2o5，所述釩酸鹽包括nh4vo3。
5、所述有機多元醇混合溶劑乙二醇與丙三醇體積比為1~4：2。
6、所述氧釩前驅體材料在混合溶液中的摩爾質量比為0.1176?mol/l。
7、所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料含有釩元素、氧元素、碳元素和氫元素。
8、所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料為納米片堆積的球狀結構。
9、所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料在儲能裝置的電極材料中的應用。
10、所述儲能裝置優選為水系鋅離子電池，所述電極材料優選為正極材料。
11、所述儲能裝置的電極材料包括混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料、導電劑和粘結劑；所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料、導電劑和粘結劑的質量比為7：2：1；導電劑為炭黑super-p，粘結劑為聚偏二氟乙烯pvdf。
12、本專利技術的積極效果是采用有機多元醇混合溶劑和氧釩前驅體材料為原料，在水溶液條件下進行溶劑熱反應，且滿足水溶液與有機醇混合溶劑體積比為11?ml：6?ml的條件下成功制備了混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料；混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料作為儲能裝置的電極材料，具有有序-無序的混合結構，既有保留了有序的層狀結構，同時又因無序結構暴露出更多的活性位點，實現了更快速的離子擴散。并且通過有機雜化能夠減小金屬離子與框架之間的靜電作用力，也能有效擴大層間距，從而構建了更穩定的結構。在電化學性能上展現出較高的比容量，良好的倍率性和長期循環穩定性。
13、與其他幾種較典型釩基正極材料的比容量、倍率性、循環穩定性能的對比：
14、。
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1.混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于：包括以下步驟：1）將水溶液和有機多元醇混合溶劑按體積比11?mL：6?mL進行充分攪拌得到的溶液中加入氧釩前驅體材料混合后再次進行充分攪拌，攪拌溫度為室溫，時間為12?h~48?h，優選為12?h，得到的混合溶液；2）在不銹鋼反應釜中進行混合溶液的溶劑熱反應，不銹鋼反應釜的內襯優選為聚四氟乙烯材料，溶劑熱反應的溫度為180?℃~210?℃，優選為205?℃；保溫時間為24h~48?h，優選為36?h；3)待溶劑熱反應完畢并自然冷卻后，取出反應料液，將離心分離得到的沉淀物用乙醇反復清洗，直至除去雜質，并在烘箱中干燥，干燥溫度為60?℃~100?℃，優選為80?℃；時間為12?h~48?h，優選為24?h，得到所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料。
2.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述有機多元醇混合溶劑包括乙二醇和丙三醇一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述有機多元醇混合溶劑乙二醇與丙三醇體積比
4.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述氧釩前驅體材料為釩的氧化物或釩酸鹽，其中所述釩的氧化物包括商用V2O5，所述釩酸鹽包括NH4VO3。
5.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述氧釩前驅體材料在混合溶液中的摩爾質量比為0.1176?mol/L。
6.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料含有釩元素、氧元素、碳元素和氫元素。
7.根據權利要求6所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料為納米片堆積的球狀結構。
8.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料在儲能裝置的電極材料中的應用。
9.根據權利要求8所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料在儲能裝置的電極材料中的應用，其特征在于所述儲能裝置為水系鋅離子電池，所述電極材料優選為正極材料。
10.根據權利要求9所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料在儲能裝置的電極材料中的應用，其特征在于所述儲能裝置的電極材料包括混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料、導電劑和粘結劑；所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料、導電劑和粘結劑的質量比為7：2：1；導電劑為炭黑Super-p，粘結劑為聚偏二氟乙烯PVD。
...【技術特征摘要】
1.混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于：包括以下步驟：1）將水溶液和有機多元醇混合溶劑按體積比11?ml：6?ml進行充分攪拌得到的溶液中加入氧釩前驅體材料混合后再次進行充分攪拌，攪拌溫度為室溫，時間為12?h~48?h，優選為12?h，得到的混合溶液；2）在不銹鋼反應釜中進行混合溶液的溶劑熱反應，不銹鋼反應釜的內襯優選為聚四氟乙烯材料，溶劑熱反應的溫度為180?℃~210?℃，優選為205?℃；保溫時間為24h~48?h，優選為36?h；3)待溶劑熱反應完畢并自然冷卻后，取出反應料液，將離心分離得到的沉淀物用乙醇反復清洗，直至除去雜質，并在烘箱中干燥，干燥溫度為60?℃~100?℃，優選為80?℃；時間為12?h~48?h，優選為24?h，得到所述混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料。
2.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述有機多元醇混合溶劑包括乙二醇和丙三醇一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述有機多元醇混合溶劑乙二醇與丙三醇體積比為1~4：2。
4.根據權利要求1所述的混合分子嵌入的近層狀有機雜化釩氧材料的制備，其特征在于所述氧釩前驅體材料為釩的氧化物或釩酸鹽，其中所述釩...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李興華，姜方迪，胡慧珠，崔夢夏，史為鑒，劉明莊，邵長路，李曉偉，劉益春，
申請(專利權)人：東北師范大學，
類型：發明
國別省市：
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