一种钒铈氧化物复合电极材料及其制备方法和应用方法

本发明涉及复合电极材料的，具体是一种钒铈氧化物复合电极材料及其制备方法和应用方法。

背景技术：

1、水系锌离子电容器因其水系电解液不燃不爆的安全性、金属锌负极储量丰富且理论比容量高的优势，成为当前储能领域的研究热点，其中，正极材料是决定电容器能量密度、功率密度和循环寿命的核心组件，现有技术中，水系锌离子电容器的正极材料主要为锰基、普鲁士蓝类似物和钒基三大类材料。

2、其中，锰基材料，如mno2，虽具有多价态、高容量和低成本的优势，但在循环过程中，锰离子易从晶格中溶出，导致容量衰减并腐蚀锌负极，同时，晶体结构易发生不可逆坍塌；普鲁士蓝类似物虽具有开放的三维框架结构、倍率性能好，但在合成过程中引入的大量结晶水会占据储能活性位点，引起晶格膨胀收缩导致结构粉化，并严重降低体积能量密度；钒基材料，如v2o5，凭借钒元素的多价态氧化还原反应提供超高比容量（300-500mah/g）,层状结构也有利于锌离子嵌入脱出，但仍存在两大瓶颈：一是锌离子高电荷密度导致水分子共嵌入，反复的体积膨胀收缩使层状结构坍塌；二是钒基氧化物本征导电性差，离子扩散动力学缓慢，倍率性能受限，铈元素虽具有ce3+/ce4+多价态活性可丰富储能位点，但单一铈基材料同样存在导电性差和容量有限的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，即解决上述背景技术提出的问题，本发明提出了一种钒铈氧化物复合电极材料及其制备方法和应用方法，具体技术方案如下：

2、一种钒铈氧化物复合电极材料，复合电极材料为cevo4/mos2复合材料或cevo4@mos2复合材料。

3、优选的，当复合电极材料为cevo4/mos2复合材料时，cevo4/mos2复合材料的原料包括钒酸铈、钼酸钠和硫代乙酰胺，其中，钼酸钠的摩尔份数为0.093至0.744份，硫代乙酰胺的摩尔份数为1.20份至4.80份，钒酸铈的添加量为0.0588份。

4、优选的，当复合电极材料为cevo4@mos2复合材料时，cevo4@mos2复合材料的原料包括钒酸铈、钼酸钠和硫代乙酰胺，其中，钼酸钠的摩尔份数为0.093至0.744份，硫代乙酰胺的摩尔份数为1.20份至4.80份，钒酸铈的添加量为0.0588份。

5、一种钒铈氧化物复合电极材料的制备方法，制备方法用于制备如上的复合电极材料，制备方法包括：

6、取适量偏钒酸铵、硝酸铈和十六烷基三甲基溴化铵作为原料进行混合，得到原料混合物；

7、向原料混合物中加入适量水，得到原料溶液；

8、对原料溶液进行磁力搅拌，得到均匀混合物；

9、调节均匀混合物的ph值为9.5至10.5，得到调节后的混合物；

10、将调节后的混合物转移至高压釜内，将高压釜放置入烘箱中，在第一温度下反应第一时长，第一温度大于等于155℃且小于等于165℃，第一时长大于等于11.5h且小于等于12.5h，得到高温反应后的反应物；

11、将高温反应后的反应物自然冷却至室温，得到室温的反应物；

12、将室温的反应物进行抽滤，得到固态物；

13、将固态物在室温条件下干燥第二时长，第二时长大于等于23.5h且小于等于24.5h，得到干燥产物；

14、将干燥产物进行研磨，得到粉末状产物；

15、将粉末状产物在第二温度下烘烧第三时长，第二温度大于等于390℃且小于等于410℃，第三时长大于等于1.5h且小于等于2.5h，得到钒酸铈；

16、取适量钼酸钠、硫代乙酰胺和钒酸铈作为原料，制备复合电极材料。

17、优选的，当复合电极材料为cevo4/mos2复合材料时，取适量钼酸钠、硫代乙酰胺和钒酸铈作为原料，制备复合电极材料步骤具体包括：

18、称取适量钼酸钠溶于适量蒸馏水中，超声振荡至完全溶解，得到钼酸钠溶液；

19、称取适量硫代乙酰胺溶于适量蒸馏水中，超声震荡至完全溶解，得到硫代乙酰胺溶液；

20、将钼酸钠溶液与硫代乙酰胺溶液混合，混合过程中持续搅拌，得到mos2溶液；

21、称取适量钒酸铈，与mos2溶液混合，得到cevo4/mos2溶液；

22、将cevo4/mos2溶液在第三温度下恒温反应第二时长，第三温度大于等于210℃且小于等于230℃，得到加热后的cevo4/mos2溶液；

23、将加热后的cevo4/mos2溶液自然冷却至室温，得到室温的cevo4/mos2溶液；

24、将室温的cevo4/mos2溶液进行抽滤，得到固体cevo4/mos2；

25、将固体cevo4/mos2在第四温度下干燥第一时长，第四温度大于等于55℃且小于等于65℃，得到cevo4/mos2复合材料。

26、优选的，当复合电极材料为cevo4@mos2复合材料时，制备方法包括：

27、取适量钼酸钠、硫代乙酰胺和钒酸铈，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入蒸馏水，得到混合溶液；

28、调节混合溶液的ph值至10，得到调节后的混合溶液；

29、将调节后的混合溶液使用磁力搅拌至均匀，得到均匀的混合溶液；

30、将均匀的混合溶液转移至高压釜内，并置于烘箱中，第三温度下恒温反应第二时长，第三温度大于等于210℃且小于等于230℃，得到反应后的cevo4@mos2溶液；

31、将反应后的cevo4@mos2溶液自然冷却至室温，得到室温的cevo4@mos2溶液；

32、将室温的cevo4@mos2进行抽滤，得到cevo4@mos2固体；

33、将cevo4@mos2固体在室温条件下干燥第二时长，得到cevo4@mos2复合材料。

34、优选的，取适量偏钒酸铵、硝酸铈和十六烷基三甲基溴化铵作为原料进行混合步骤中，硝酸铈和偏钒酸铵的摩尔比值为2至8，十六烷基三甲基溴化铵的添加量为以偏钒酸铵的摩尔添加量为基准，添加量为0.0685份至0.137份。

35、优选的，称取适量钼酸钠溶于适量蒸馏水中步骤以及称取适量硫代乙酰胺溶于适量蒸馏水中步骤中，钼酸钠的摩尔份数为0.093至0.744份，硫代乙酰胺的摩尔份数为1.20份至4.80份，钒酸铈的添加量为0.0588份。

36、优选的，取适量钼酸钠、硫代乙酰胺和钒酸铈，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入蒸馏水，得到混合溶液步骤中，钼酸钠的摩尔份数为0.093至0.744份，硫代乙酰胺的摩尔份数为1.20份至4.80份，钒酸铈的添加量为0.0588份。

37、一种钒铈氧化物复合电极材料的应用方法，其中复合电极材料为通过上述制备方法制备的钒铈氧化物复合电极材料，钒铈氧化物复合电极材料用于作为超级电容器的电极材料。

38、本发明的有益技术效果为：mos2有优异的导电性与层状结构，利用钒铈氧化物与mos2的改性策略，打破单一钒基或铈基的材料性能局限，构建高效的离子与电子传输通道，解决传统钒基材料导电性差、离子扩散速率慢的关键问题，实现材料结构与电化学性能的协同提升。

39、引入铈元素对钒基材料进行掺杂改性，利用铈元素的多价态特性，丰富材料的氧化还原活性位点，提升材料的比容量；同时，mos2的引入可抑制钒铈氧化物中活性物质的溶出，缓解电极结构坍塌，显著提升电容器的循环稳定性，突破传统钒基正极材料循环寿命短、容量衰减快的瓶颈。