高性能钒基水系锌离子电池正极新材料问世

近日，中科院大连化学物理研究所研究员杨维慎和副研究员朱凯月团队在水系锌离子电池正极材料研究方面取得新进展，发展了一种离子交换诱导相变方法，制备了具有超大层间距及高稳定性的针钒钙石ZnV6O16·8H2O（ZVO）新材料，并将其用作水系锌离子电池正极，表现出优异的倍率性能和长期循环稳定性。相关成果发表在《德国应用化学》。

水系锌离子电池具有能量密度高、安全性好、成本低等优点，在储能领域潜力巨大。在正极侧，层状结构的钒基材料由于其结构灵活、氧化还原电位合适、比容量高等优点，成为水系锌离子电池正极研究的热点，目前最具代表的材料是A2V6O16·nH2O（AVO，A=NH4+，Na，K）。但AVO层间距较小，以及在水系电解质中溶解严重等问题，导致其电池倍率性能和循环稳定性不理想。

该工作中，研究团队提出了离子交换诱导相变的方法，使用水合锌离子取代AVO层间的A离子，可显著增大层间距；在离子交换过程中还进一步诱导AVO中由[VO6]八面体和[VO5]四方锥构成的V6O16层，转化成独具[VO6]八面体构成的V6O16层，后者在水中具有较好的结构稳定性。得益于超大层间距和高稳定性层结构，ZVO在水系锌离子电池中表现出远优于AVO的倍率性能和循环稳定性，例如，在0.5和15A/g下，分别具有365和170mAh/g的高容量，以及300次循环后其容量保持在86%，10000次循环后其容量保持在70%。

该工作不仅开发出一类高性能的水系锌离子电池正极新材料，还提出了一种离子交换诱导相变的正极材料设计新策略，为大层间距且稳定的正极材料的设计提供了新思路。