锌离子电池V2O5自支撑电极的制备及电化学性能研究文献综述

 2021-12-25 15:59:33

全文总字数：8835字

文献综述

引言近年来，随着科技生活的发展，新能源电池的应用越来越广泛，新兴的锌离子电池由于其理化性质与锂类似且在水中较好的稳定性，并且成本低，安全性能好得到广泛关注。

当前锌离子电池的研究主要集中在正极材料的探索。

作为二次电池正极材料首先要具有较好的氧化还原性，且较高的氧化还原电位，其次在充放电过程中，作为正极的的化合物的主体结构要具有一定的稳定性，具有较高的理论容量，同时为了适应水性电解质体系，正极材料要具有良好的稳定性。

关键词 锌离子电池 正极材料 水性电解质目前，人们对于水性锌离子电池（AZIBs）[1-5]的研究主要集中在找寻合适的正极材料，一个理想的二次电池正极材料应具备较高的氧化还原电位，稳定的主体结构和较高的理论容量。

现在研究的锌离子电池正极材料主要有锰基材料，钒基材料和普鲁士蓝材料。

图1 AZIBs正极材料性能对比[12]图1是AZIBs正极材料性能对比，从电池性能方面，以V2O5为代表的钒基材料和MnO2代表的锰基材料具有较高的容量密度和能量密度，而铁氰化物的普鲁士蓝类材料的性能不让人满意，这也是近两年来水性锌电池正极材料的发展趋势，普鲁士蓝材料虽然有良好的循环性能，但是容量太低很难满足大规模储能的要求，锰基材料[1]有着优异的电化学性能和廉价的成本且较高的能量密度基本上和商业锂离子电池持平，是最有机会应用于水性锌电池的正极材料，但是锰正极溶解和关键机理研究的缺乏[2]是目前限制锰基材料发展的关键问题，钒基材料有着高比容量，高能量密度和较为清晰的电化学反应机理成为了研究者们关注的热点。

钒基正极材料主要由钒氧化物和钒氧酸盐组成，它们的基本组成单元为钒氧配位体，因为钒的价态变化为 3~ 5，所以对应组成的钒氧配位体也不同，由其组成的化合物种类繁多[4]，每一种钒氧化物的性能和水平都不相同，激发了科研人员们的研究兴趣，人们针对钒氧化物结构特点，提出了一系列的结构设计和性能优化措施，主要有以下三类：1.金属离子和结晶水嵌入图2 典型钒氧化物晶体结构（V2O5）[16]金属离子预嵌是根据氧化钒（V2O5）为代表的钒氧化物的结构特征设计的策略。

氧化钒（如图2）是由钒氧配体共享边角成链，范德华力链接成层的二维层状化合物层与层之间就成为了锌离子脱嵌的区域，但是伴随着大量锌离子脱嵌带来的体积膨胀使脆弱的范德华力受到破坏导致氧化钒结构坍塌。

为了提高钒氧化物结构的稳定，通过金属离子预嵌形成层间支柱首先被Kundu [17]等人提出（图3(a)所示），通过V2O5和醋酸锌的一步水热合成法，制备出Zn0.25V2O5nH2O纳米带，Zn2 的嵌入可逆的扩大和缩小了Zn0.25V2O5的层间距，大大提升了材料的稳定性，同时在200圈充放电循环下保持在282mAhg-1的良好循环性能（0.3Ahg-1），较好的倍率性能也证明了该策略的可行性。

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