本发明属于锌离子电池材料制备领域，涉及一系列钒基正极材料的制备方法和应用。
背景技术：
1、随着锂资源的供不应求和对电能存储需求的不断增长，对电化学储能的追求也日益兴起。水性锌离子电池因其低成本、高安全性和高环境兼容性而备受关注。而v2o5具有双电子氧化还原机制，有较高的理论比容量(589mah g-1)，是潜力十分巨大的水系锌离子电池的正极材料，引起了研究人员的广泛关注。
2、然而锌离子在v2o5正极材料之间扩散缓慢。锌离子与正极材料之间过强的库伦作用力导致锌离子在材料晶格间扩散缓慢，从而表现出较差的实际比容量。同时，锌离子的强库伦作用使其在充放电过程中对正极材料的嵌入/脱出行为会使其体积频繁变化会导致正极材料的结构迅速坍塌，导致材料循环稳定性不理想。目前，v2o5正极存在着晶格层间间距过小的问题，不利于离子之间的扩散过程，而且v2o5正极存在着导电性能差的问题，该问题导致了所组装的电池倍率性能不够理想[hu,p.,et al.,porous v2o5 microspheres:ahigh-capacity cathode material for aqueous zinc–ionchemicalcommunications,2019]。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锌离子电池钒基正极材料、制备方法与应用。本发明制备工艺简单、普适，有助于改善正极材料的实际比容量和倍率性能。
2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，所述方法通过金属离子插层改变五氧化二钒的晶格层间距，改善锌离子在五氧化二钒的嵌入脱、出行。其次，同时引入导电碳材料提升正极材料的导电性，制备出高容量、好倍率性能和循环稳定性的锌离子电池正极材料。包括以下步骤：
4、第一步，室温下，将金属盐加入去离子水和乙醇的混合溶液中，充分搅拌至完全溶解形成透明溶液。再加入h2o2水溶液(30wt.％)，搅拌充分后加入v2o5粉末搅拌至完全溶解，得到混合溶液a。该步骤中：v2o5粉末逐渐溶解，溶液颜色逐渐变为深褐色透明溶液。
5、第二步，室温下，将导电炭材料加入到去离子水中，并在搅拌条件下加入表面活性剂中的一种或多种，并加入硫脲，充分混合后进行超声处理，得到混合溶液b。该步骤中：超声处理使导电炭材料均匀地分散在水溶液中，同时也使硫脲和表面活性剂完全溶解。
6、第三步，将混合溶液b加入到混合溶液a中，充分搅拌混合后将溶液加入到反应釜聚四氟乙烯内衬中，进行水热反应，待反应釜冷却至室温后，进行离心洗涤、真空干燥。该步骤中：通过水热反应的高温高压条件，使金属离子掺杂的v2o5形成沉淀，并生长在导电碳材料表面。
7、第四步，将第三步得到的产物置于管式炉中进行高温煅烧，得到目标产物。该步骤中：通过高温煅烧使材料提升结构稳定性。
8、进一步的，通过调整金属盐的物质的量、h2o2水溶液的体积、表面活性剂(十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵)和硫脲的质量、导电碳材料质量、水热反应时间与温度、高温煅烧时间与温度，最终得到适宜的正极材料。
9、进一步的，所述的第一步混合溶液a中金属盐的物质的量控制在0.5～2mmol之间，金属盐与v2o5的摩尔比为1:(1～4)。
10、进一步的，所述的第一步中，金属盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐等多种常见金属盐中的一类或多类。金属种类包括过渡金属镍、锌、铜、锰、和钴中的一种或多种。
11、进一步的，所述的第一步中，h2o2水溶液的体积为2～4ml之间。
12、进一步的，所述的第二步混合溶液b中，导电碳材料的质量控制在0.5～1.5g/l，表面活性剂的浓度控制在0.25～0.5g/l。硫脲的浓度控制在1～3g/l。
13、进一步的，所述的第二步中，搅拌时间控制在10～30min，超声时间控制在0.5～1.5h。
14、进一步的，所述的第二步中，导电炭材料包括氧化石墨烯(go)、碳纳米管(cnt)中的一种或两种以上。表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上。
15、进一步的，所述的第三步中，水热反应的温度为120～180℃，时间为6～24h。
16、进一步的，所述的第四步中，高温煅烧的温度为300～450℃，时间为2h。
17、一种锌离子电池钒基正极材料，所述钒基正极材料是由上述水热方法制备得到的，所述的钒基正极材料具有均匀的纳米结构，具有较大比表面积。
18、一种锌离子电池钒基正极材料的应用，将其应用于锌离子电池中，作为正极材料。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20、(1)钒基正极材料，本发明通过在v2o5材料中引入客体元素，可有效调节v2o5的晶格层间距与电子特性，可以显著提锌离子在电极材料中的扩散动力学、改善正极材料循环过程中的体积变化，进而提升电极材料的实际比容量，提升循环稳定性，电极材料中的元素组成和微观形貌是影响其实际比容量与循环寿命的关键因素。同时，导电碳材料的引入会使复合材料的导电性提升，改善电池的倍率性能。
21、(2)本发明制备工艺简单、条件温和、具有普适性，通过使用金属离子插层和导电碳材料的引入改善v2o5正极材料，可有效改善材料的实际比容量和倍率性能。
22、(3)本发明通过控制添加剂的浓度、反应时间和温度，控制所得正极材料的尺寸、形貌；得益于电级材料的形貌可调，且溶剂热法操作简单、设备要求低等优势，在纽扣电池中展现出了较高的比容量，且该工艺方法简单、成本低，适合大规模推广与工业化生产。
1.一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法通过金属离子插层改变五氧化二钒的晶格层间距，改善锌离子在五氧化二钒的嵌入脱、出行；其次，同时引入导电碳材料提升正极材料的导电性，制备出高容量、好倍率性能和循环稳定性的锌离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，通过调整金属盐的物质的量、h2o2水溶液的体积、表面活性剂和硫脲的质量、导电碳材料质量、水热反应时间与温度、高温煅烧时间与温度，得到适宜的正极材料。
4.根据权利要求2所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第一步混合溶液a中金属盐的物质的量控制在0.5～2mmol之间，金属盐与v2o5的摩尔比为1:(1～4)；所述的第一步中，金属盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐中的一类或多类；金属种类包括过渡金属镍、锌、铜、锰、钴中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第二步混合溶液b中，导电碳材料的质量控制在0.5～1.5g/l，表面活性剂的浓度控制在0.25～0.5g/l；硫脲的浓度控制在1～3g/l；所述的第二步中，搅拌时间控制在10～30min，超声时间控制在0.5～1.5h；所述的第二步中导电炭材料包括氧化石墨烯(go)、碳纳米管(cnt)中的一种或两种以上，表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上。
6.根据权利要求2所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中，水热反应的温度为120～180℃，时间为6～24h。
7.根据权利要求2所述的一种锌离子电池钒基正极材料的制备方法，其特征在于，所述的第四步中，高温煅烧的温度为300～450℃，时间为2h。
8.一种锌离子电池钒基正极材料，其特征在于，所述钒基正极材料是由权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到，所述的钒基正极材料具有均匀的纳米结构。
9.一种权利要求9所述的锌离子电池钒基正极材料的应用，其特征在于，将其应用于锌离子电池中，作为正极材料。
