CN110993908A-一种垂直石墨烯二氧化锰复合材料及其制备方法和应用.docx

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
B82Y 30/00(2011 .01)
权利要求书1页说明书4页附图2页
(10)申请公布号 CN 110993908 A
(43)申请公布日202水系锂离子电池，质子在电解液中能够稳定存在的电位 窗口较窄，充放电过程中有很多的副反应，如质子和离子的共嵌入反应等，且电极材料在水 中易溶解，这些因素限制了水系锂离子电池的发展。锌具有低平衡电位和氢反应的高过电 位，是可以从水溶液中高效还原的所有元素中标准电位最低的元素。在水溶液里能够稳定 的金属元素中，锌的能量也是最高的。同时，金属锌具有资源丰富、低毒性以及易处理等优 点。因此价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的二次锌离子水系电池是理想的绿色电 池体系。
[0003] 锌离子的离子半径为0 .074nm,与锂离子接近(0 ,076nm)。但锌的原子质量大，锌离
子与正极材料的晶体结构之间存在强的静电相互作用导致其输运动力学缓慢，库仑效率 低，倍率性能差。因此，能够作为锌离子电池正极材料的种类并不多。目前，锌离子电池正极 材料种类主要包括镒氧化物、机基材料和普鲁士蓝类三大类。三类材料各有自己的优缺点， 相对而言，镒基材料具有更高的能量密度，钮基材料具有更高的功率密度。镒氧化物是目前 研究最多的锌离子电池正极材料。其中8型二氧化镒具有1X8的层状结构,能够有效的容 纳锌离子的快速嵌入和脱出，具有高的容量。但镒氧化物的低导电性，导致其差的倍率性能 和循环性能。将二氧化镒与碳材料进行复合是提高其导电性和结构稳定性的一种有效方 式。这主要得益于碳材料其轻质、高导电性、高比表面积等优良特性。同时，二氧化镒纳米片 增大了电极材料与电解液的接触面积，有利于电子和电荷的传输，能够提供高的电容量。此 外，垂直石墨烯为二氧化镐提供了稳定的结构支撑，使得二氧化镒在电化学充放电过程中 保持结构稳定，不易坍塌，从而获得良好的倍率和循环性能。上述的方案结合了碳材料和二 氧化镒的双重优点，是构建高性能锌离子电池的有效策略。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于针对目前锌离子电池的电极材料导电性差，倍率性能差等问
题，提供了一种垂直石墨烯/二氧化镒复合材料及其制备方法和作为锌离子电池的正极材 料的应用，该复合材料兼具有高导电性，抑制二氧化镒结构坍塌、加速反应速率等优势。 [0005]一种垂直石墨烯/二氧化锭复合材料的制备方法，包括如下步骤： [0006] (1)将碳布基底材料预处理，用浓硫酸活化后，再用去离子水和乙醇清洗数遍，得
到预处理后的碳布基底材料；
[0007] (2)将步骤(1)得到的预处理后的碳布基底材料置于管式炉中，抽真空，随后升温
到450~550°C,在氢气气氛下，当微波功率达到550 - 650W时产生氢气等离子体，碳布经等 离子体处理后，在氢气和甲烷混合气氛下升温到750~ 850°C，保温1~ 2小时，取出后得到生 长在碳布基底上的垂直石墨烯材料；
[0008] (3)将步骤(2)得到的垂直石墨烯材料浸泡在高镒酸钾水溶液中，然后进行水热反
应，待反应釜冷却后，取出反应产物，烘干后得到垂直石墨烯/二氧化镒复合材料。
[0009] 步骤(1)中，将碳布基底材料预处理，具体包括：将碳布基底材料用浓硫