二维LiV3O8和石墨烯复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锌离子电池电极材料技术领域，特别涉及一种二维liv3o8和石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

现在市面上流行的可充电电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池（包括锂电池和聚合物锂电池）等，上述类型的电池在安全、价格、环保以及能量密度方面有各自的缺点。二次水系锌离子电池兼具安全、廉价、环保、高能量密度等优势。高能量密度的二次水系锌离子电池（zibs）有望满足日益增长的安全、可持续能源存储设备的需求。

现有的研究表明，活性物质颗粒尺寸过大会让二次电池在充放电过程中离子的嵌入和脱出有更大的能势壁垒，这阻碍了循环性能的提高，与此同时充放电过程中的离子进入活性物质晶格也需要更长的传播路径，这势必也会极大的影响材料的电化学性能。已知厚度小于10nm，且平面尺寸在几十纳米到微米之间的超薄二维纳米材料由于其极高的比表面积而具有极佳的电学、化学、热学、光学和磁学性能而被应用于传感器的制备、二次电池化学储能、电催化、光催化等诸多领域，并且随着材料的组成尺寸不断减小，其不仅有着电子传输现象的优势，并且在二次电池储能过程中对寄宿离子拥有强大的存储性能，这将给储能领域也带来极大的生机。目前来看，对于低成本绿色体系的锌离子电池的研究仍面临较大的挑战，其中，允许二价zn²⁺锌离子快速嵌入和脱出的电极材料的研究已成为亟需突破的关键点。

技术实现要素：

本发明的目的之一是针对五氧化二钒准层状晶体结构在脱嵌锌时容易被破坏的缺点，合成一种二维liv3o8与石墨烯层层交替复合的新型锌电池正极材料，从本质上改善liv3o8的脱嵌锌循环稳定性，提高材料的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种二维liv3o8和石墨烯复合材料，其包括活性层，所述活性层由liv3o8纳米带层和石墨烯层组成，在两层石墨烯层之间夹着有一层liv3o8纳米带层，所述石墨烯层表面起伏形成皱褶，所述liv3o8纳米带层与位于其两侧的石墨烯层复合到一起，在所述石墨烯层与liv3o8纳米带层间分布着尺寸为纳米级的间隙。

另外，本发明还提供一种制备上述二维liv3o8和石墨烯复合材料的方法，在liv3o8纳米带层和石墨烯层交替复合而成的复合材料退火过程结束时，使其骤冷，进行急速降温，从而使得石墨烯层局部收缩不均匀形成皱褶，进而在所述石墨烯层与liv3o8纳米带层间产生尺寸为纳米级的间隙。

具体而言，制备上述二维liv3o8和石墨烯复合材料的方法包括以下步骤：

步骤一、制备liv3o8二维纳米水合物前驱体；

1.1.按照合适的摩尔比取v2o5和lioh粉末球磨混合均匀；

1.2.加水将球磨后的粉末搅拌分散均匀，再一边搅拌一边滴加过氧化氢溶液，使混合溶液由浑浊转为橙色澄清；

1.3.将橙色澄清溶液加入密闭反应釜中，在120-220℃条件下保温6-48小时，取出冷却得到所述liv3o8二维纳米水合物前驱体；

步骤二、liv3o8二维纳米水合物与石墨烯复合；

2.1．取适量氧化石墨烯加水分散，取适量氨丙基三甲氧基硅烷加水分散，将上述氧化石墨烯和氨丙基三甲氧基硅烷分别加水分散所得到的溶液均匀滴加到所述liv3o8二维纳米水合物前驱体中，搅拌混合均匀后得混合溶液；

2.2.将步骤2.1制备的混合溶液在空气中干燥后，得固态的复合材料；

步骤三、liv3o8纳米带层和石墨烯层复合材料的退火处理与形貌塑造；

3.1.将步骤2.2得到的复合材料在密闭空间内以1-5℃min^-1的升温速度加热至180-550℃并保持1-4h，期间通入氢气和氩气的混合气体，所述混合气体中氢气的含量为5%-20%，通入的混合气体的流速为100-600sccm；

3.2.在步骤3.1中的保温过程结束时，使复合材料骤冷，进行急速降温，使得该复合材料中的石墨烯层局部收缩不均匀形成皱褶，进而在复合材料的liv3o8纳米带层与石墨烯层间产生尺寸为纳米级的间隙，至此完成所述二维liv3o8和石墨烯复合材料的制备。

其中，在步骤1.1中，所述v2o5和lioh的摩尔比为3：1.03。

其中，在步骤1.2，滴加的过氧化氢溶液中过氧化氢的浓度为10%-50%。

其中，在步骤2.1，加水分散所得到的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯的浓度为1-4mgml^-1。

其中，在步骤2.1，加水分散所得到的氨丙基三甲氧基硅烷溶液中，氨丙基三甲氧基硅烷的浓度为0.02-0.06mgml^-1。

进一步地，在上述制备二维liv3o8和石墨烯复合材料的方法中，所述氧化石墨烯采用以下步骤制备：

a.取适量鳞片状石墨和硝酸钠，置于恒温在0℃的反应容器中，加入一定量的浓硫酸使其溶解，其后逐步分次加入适量高锰酸钾，加入高锰酸钾的过程中持续搅拌以控制反应过程中溶液温度在20-30℃之间，加入所有高锰酸钾后继续搅拌并滴加去离子水，然后往反应容器中滴加适量浓度为30-40%的过氧化氢溶液，搅拌混合均匀，反应生成固体产物；

b.将步骤a得到的固体产物滤出，固体产物使用浓度为3-7%的盐酸和去离子水交替反复冲洗；

c.将冲洗后的固体产物在50-70℃条件下真空干燥，去除所有水分；

d.取适量干燥后的固体产物研磨分散于去离子水中，得到棕色悬浮状溶液，对棕色悬浮状溶液交替施以搅拌和超声分散，使溶液中的固体产物分散均匀、稳定；

e.在25-35℃水浴条件下，往步骤d获得的溶液中缓慢加入适量铁粉和浓度为30-40%的盐酸溶液，搅拌均匀后静置一段时间，充分反应后再次缓慢加入适量浓度为30-40%的盐酸，持续搅拌，反应完成后抽滤得氧化石墨烯初产物；

f.将步骤e获得的氧化石墨烯初产物真空干燥，去除所有水分后得到目标产物。

具体而言，在步骤a中，鳞片状石墨、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为2：1：6；

在步骤d和e中，固体产物与铁粉的质量比为1：20，铁粉与第一次加入的浓度为30-40%的盐酸溶液的配比为1g铁粉对应20ml浓度为30-40%的盐酸溶液，第二次加入的浓度为30-40%的盐酸溶液与第一次加入的浓度为30-40%的盐酸溶液的体积比为1：2。

最后，本发明还涉及到将上述二维liv3o8和石墨烯复合材料作为锌离子电池正极材料的应用。

在本发明提供的二维liv3o8和石墨烯复合材料中，石墨烯薄层形成有皱褶，具有极大比表面积，皱褶石墨烯薄层和liv3o8纳米带层交替复合后，二者之间分布有间隙，活性层中的石墨烯具有良好的柔韧性，可以让电解液更加容易地渗入材料深层，增加与活性物质的接触，进一步增加了比表面积，提高了电化学性能。在上述liv3o8和石墨烯复合材料中，在石墨烯层与层之间夹着liv3o8纳米带，这种夹层结构确保了每一层被夹在石墨烯中的liv3o8纳米带的良好导电性，其中liv3o8作为储存zn²⁺离子的材料，层状石墨烯作为电子通路网络。已知liv3o8活性物质在充放电过程中会反复嵌入脱出zn²⁺离子，在zn²⁺离子嵌入和脱出的过程中其体积会反复的膨胀和收缩，本发明提供的复合材料中石墨烯与liv3o8纳米带之间形成的间隙给liv3o8体积膨胀提供了空间，同时石墨烯薄层又像框架一样限制了liv3o8的膨胀范围，从而有效抑制了liv3o8体积膨胀后可能带来的粉化和剥落。此外，上述间隙还给电解液的渗入提供了便利，使得活性物质与电解液能够更充分地接触，极大程度地缩短了电子和离子的传播路径，同时石墨烯优良的电导性也为zn²⁺离子和电子的进出提供了快速通道，从而提高了liv3o8和石墨烯纳米复合材料在水系锌离子电池中的电化学性能。

附图说明：

图1为二维liv3o8和石墨烯复合材料的xrd分析图；

图2为liv3o8和石墨烯复合材料的sem形貌图；图中（a）为正面形貌，（b）、（c）、（d）为截面形貌；

图3为liv3o8和石墨烯复合材料的sem图以及相应元素的分布图；图中，（a）为形貌扫描图，（b）为碳元素分布图，（c）为氧元素分布图，（d）为钒元素分布图；

图4为liv3o8和石墨烯复合材料的tem检测结果图，图中，（a）为tem形貌图，（b）为高分辨图；

图5为liv3o8和石墨烯复合材料的热重差热分析图；

图6为liv3o8和石墨烯复合材料的拉曼分析图；

图7为liv3o8和石墨烯复合材料对比liv3o8在500mag^-1的循环性能，其中，充放电电压区间为0.4v-1.4v；

图8为liv3o8和石墨烯复合材料在不同电流大小下的循环倍率性能图；

图9为liv3o8和石墨烯复合材料的cv曲线图，其中扫速为0.1mv/s，测试电压范围0.4-1.4v；

图10为liv3o8和石墨烯复合材料极片与liv3o8极片在循环前和循环后的sem扫描图；图中，（a）为liv3o8和石墨烯复合材料极片在循环前的sem扫描图，（b）为liv3o8和石墨烯复合材料极片在循环后的sem扫描图，（c）为liv3o8极片在循环前的sem扫描图，（d）为liv3o8极片在循环后的sem扫描图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施例提及的内容并非对本发明的限定。需要提前说明的是，以下实施例是在实验室完成的，本领域技术人员应当明白，实施例中给出的各组分用量仅代表了各组分之间的配比关系，而非具体的限定。

一、氧化石墨烯的制备。

a、称取2g的鳞片状石墨和1g硝酸钠，置于预先装配在冰水混合物中恒温于0℃的反应烧瓶中，加入适量的浓硫酸将其溶解，然后分多次共加入6g的高锰酸钾，期间不断搅拌以控制反应温度在20-30℃之间不过热，加入所有高锰酸钾以后继续搅拌，滴加适量去离子水后，取适量浓度为30-40%的过氧化氢溶液（本实施例选择浓度为35%的过氧化氢溶液），逐滴加入上述溶液后充分搅拌混合均匀，生成固体产物。

b、将步骤b中的固体产物滤出，并用浓度为3-7%的盐酸（本实施例选择浓度为5%的盐酸）和去离子水交替反复冲洗。

c、将冲洗后的固体产物置于真空干燥箱中，60℃左右保持约12小时，以去除所有水分。

d、取0.2g干燥后的固体产物，研磨分散于200ml去离子水中，得到棕色悬浮状溶液，交替施以搅拌1小时和超声分散1小时，使溶液中的固体产物分泌分散均匀、稳定。

e、将溶液移至长颈烧瓶，放于水浴25-35℃（本实施例选择30℃）的环境中缓慢加入4g铁粉和80ml的35%盐酸溶液，充分搅拌均匀后，静至20分钟左右，让其充分反应，之后再次缓慢加入40ml的35%盐酸，搅拌至反应完成后抽滤，得到固态的氧化石墨烯初产物；

f、将氧化石墨烯初产物置于真空干燥箱中，在60℃左右保持约12小时，以去除所有水分，得到目标产物——氧化石墨烯。

二、制备liv3o8二维纳米水合物前驱体。

2.1.按照合适的摩尔比（本实施例中采用的摩尔比为3:1.03）的比例称量0.364g的v2o5粉末和相应lioh混合球磨60分钟。

2.2.将2.1中球磨后的混合粉末倒入烧杯中，加入约35ml去离子水磁力搅拌，粉末均匀分散后，在强力搅拌过程中逐滴地加入6ml浓度为30%的过氧化氢溶液，待溶液从浑浊转为橙色澄清后（大约45分钟），立刻将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的中，将内衬放入密闭的不锈钢反应釜中在120-220℃条件下保温6-48小时（根据温度不同，保温时间适当调整，本实施例采用在180℃条件下保温12小时）后取出，冷却后得到liv3o8二维纳米水合物前驱体。

三、liv3o8二维纳米水合物与石墨烯复合。

3.1.取适量氧化石墨烯分散在去离子水里，得氧化石墨烯溶液，取20ml浓度为2mgml^-1的氧化石墨烯溶液倒入烧杯中，搅拌并超声分散各30分钟。取1.2mg的氨丙基三甲氧基硅烷分散在30ml水中。将上述氧化石墨烯和氨丙基三甲氧基硅烷溶液均匀滴加到liv3o8二维纳米水合物前驱体中，同时加以持续磁力搅拌40分钟，搅拌混合均匀后得混合溶液；

3.2.将混合溶液在空气中干燥，去除水分后得固态的复合材料，为加快干燥速度，可以将其置于80℃的空气中，干燥12小时后即可去除水分。

四、liv3o8纳米带层和石墨烯层复合材料的退火处理与形貌塑造。

4.1.将干燥后的复合材料放到管式炉中，通入10%的氢气和90%氩气的混合气体（混合气体中氢气比例不宜过高，氢气的含量在5%-20%之间较为合适），以1-5℃min^-1的升温速度（升温速度不宜过快，2℃min^-1的升温速度最适宜）加热至180-550℃并保持1-4h（例如可以加热至350℃，保持2小时，保温时间根据温度适当调整），根据退火温度的不同，混合气体流速在100-600sccm之间调整（例如当退火温度为350℃时，混合气体流速为500sccm较佳）。

4.2保温结束时，立即打开管式炉的盖子，让复合材料骤冷，迅速降温（掀盖速冷），从而使得复合材料中的石墨烯层局部收缩不均匀形成皱褶，进而在复合材料的liv3o8纳米带层与石墨烯层间产生尺寸为纳米级的间隙，至此，完成复合材料的制备。

五、复合材料的物相、形貌与性能测定。

1、粉末x射线衍射测试：通过对比检测结果图1中的x射线衍射图谱与相应的pdf卡片（jcpds72-1193)，结果与卡片一致，由此可以确定复合材料的物相，它的空间群为p21/m，是一个vo5三角双锥和一个vo6八面体共同组成的基本晶体结构单元。实施例在制备过程中使用的li和v摩尔比为1.03:3，加入了3%过量的锂盐以补偿lioh在退火过程中的损失，制得较纯的liv3o8。然而，从测试结果中还能发现极其微量的v2o5残留，这说明本次实验lioh高温中的损失比预计的略高。在图1的x射线衍射图谱中，{100}晶面衍射峰最强，其次为{-111}晶面，此强度表明其生长具有较高的{100}面择优取向性。与此同时，可以发现衍射峰中很难发现石墨烯纳米带的衍射峰，这是由于石墨烯在liv3o8/go复合纳米材料中的含量较低（少于5%），不容易被检测，衍射峰被掩盖，另外，石墨烯在23度左右可能出现的{002}衍射峰和liv3o8的{003}晶面衍射峰基本重合，故也有被覆盖的可能。

2、sem扫描电镜形貌分析：为了确定复合材料的形貌，对复合材料样品进行了sem扫描电镜形貌分析，检测结果如图2所示，其中，（a）为复合材料正面形貌，从图片中可见石墨烯表面有起伏，这是由于退火过程结束时的“掀盖”操作导致复合材料骤冷，石墨烯局部收缩不均匀引起的形变。图2（b）、（c）、（d）是复合材料的侧面形貌，从侧面角度可以发现石墨烯片层结构和liv3o8纳米带结合性较好。另外，石墨烯侧面的影像可以清晰的分辨出每一层石墨烯的存在，从弯曲的石墨烯片层边缘可以发现石墨烯几乎都是单层的片状存在并无团聚，且层与层之间存在大量的间隙。

3、元素分布分析：通过复合材料的sem照片，使用能谱仪对其进行了相应的c、v、o元素的能谱分析，如图3所示。通过查看c、v、o的分布图，可以确定石墨烯在复合材料中分布十分均匀，每一层liv3o8都包裹着一层石墨烯，结合图2和图3可以确定，liv3o8纳米带与石墨烯层均匀地结合在一起，从元素分布情况可知，liv3o8纳米带和石墨烯在静电力的作用下结合紧密，经退火后层层复合。

4、tem形貌分析：将复合材料样品研磨后经酒精超声分散，对其进行tem形貌分析，以进一步了解其结构特征。图4中（a）所对应的透射电镜图片再次验证了liv3o8纳米材料超薄片和单层石墨烯的结合方式，图中具有皱褶的石墨烯和复合在单层石墨烯层间的liv3o8纳米带与sem的表征结果一致。从图中可以发现，liv3o8/的纳米带大约几十纳米宽，长度大致在几微米，而且分散情况较好没有结构上的团聚，保持着纳米形貌。复合材料中，石墨烯的片层结构在图中显示出大量的皱褶，这与实施例中的制备方式和sem表征结果相吻合。此外，石墨烯薄层在透射电镜下透明度很高，可以证明复合材料中石墨烯基分散良好为单层。通过图4中（b）高分辨图像可以清晰的检测到一条条纹理明显的晶格条纹，据测量标记相邻两条条纹的距离为0.34nm，相对应的是liv3o8单斜晶{100}晶面间距。

5、热重差热分析：图5示出了复合材料的热重差热分析结果，图中，在120℃之前有一个大约7.05%的重量损失，这归咎于材料中残余的物理结合水随着温度升高蒸发而损失。第二个重量损失从大约120℃开始到260度停止，这部分的质量损失是复合材料中更深层的化学结晶水的失去。第三个失重出现在260℃至310℃左右，与此同时，差热曲线对应着一个热量峰的出现，这部分的质量损失原因是复合材料中的石墨烯在空气中燃烧消失导致的，其中在这个温度区间的重量损失为约4.43%，推算整个纳米复合材料中石墨烯所占的质量比也约为4.43%。随着温度的升高，从310℃往后至测试停止前出现了一个小幅度的质量增加，质量变化约为0.3%，这部分质量增加归咎于钒离子在空气中受高温影响，从低价态结合氧转化为高价钒而影响质量发生的变化。

6、拉曼分析：如图6所示，拉曼光谱确定了liv3o8与石墨烯纳米复合材料的结构特点。1300°左右的d峰和1600°左右的g峰证明了石墨烯的存在。其中d峰是石墨烯单个碳原子的排列状态以及石墨烯中的缺陷引起的，对应碳原子a1g振动模式，g峰是石墨烯中sp²碳原子的的共面振动引起的。从检测结果看，煅烧后的liv3o8与石墨烯纳米复合材料中的石墨烯d峰比g峰的峰值要高一些。

7、电化学性能测试：将实施例中制备的liv3o8与石墨烯纳米复合材料（活性物质）、科琴黑和pvdf按7:2:1的质量比例进行混合研磨后，将n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)按照与pvdf为1:43的比例稀释浆料并搅拌24小时。将搅拌后的浆料涂覆在ti箔上，预干燥后放入真空干燥箱设置90℃温度干燥12小时，取出干燥后的极片冲成12mm直径的圆片，并在普通环境（非手套箱）中进行zn—liv3o8/go半电池的组装，使用的对电极为经打磨处理后的锌片，隔膜为whatman玻璃纤维膜，电解液为硫酸锌的水溶液。组装完成的电池静置12小时，接着对其行电化学性能的各种测试。同等条件下，以单纯的liv3o8纳米带作为活性物质组装扣式电池，进行对比测试。使用电化学工作站（chi604e，中国）和蓝电测试设备（landct2001a，武汉，中国）对电池进行循环性能分析、倍率性能分析、伏安分析等性能测试，测试电压范围设置0.4v-1.4v。

循环性能测试曲线如图7所示，liv3o8与石墨烯纳米复合材料拥有着优异的嵌zn²⁺、储zn²⁺和脱zn²⁺能力，循环稳定性也比较出色。在500mag^-1的电流密度下，首次放电容量约150mahg^-1，在此后的几圈循环中，由于zn²⁺的不可逆插入、固体和电解液间的界面形成等损耗现象容量有一个小幅度的振动。在接下来的循环至50圈左右区间内，电池容量有一个小幅度的提升至163.4mahg^-1，这是由于liv3o8与石墨烯纳米复合材料是由liv3o8纳米带和石墨烯单层薄片交替层层复合而成，在层与层之间存在极小的间隙，这些间隙尺寸都在纳米级，随着充放电的进行，离子和电子在liv3o8和石墨烯纳米层之间不断嵌入脱出，liv3o8纳米带体积小幅度变化带动了电解液快速浸入并与活性物质充分接触，这样一来，开始未接触到电解液的liv3o8活性物质经过几十圈的活化后参与了电极反应，贡献了容量，导致容量的小幅度上升。

不同电流下的循环倍率性能测试结果见图8所示，在循环过程中对liv3o8与石墨烯纳米复合活性材料组装的扣式电池进行了不同充放电电流下倍率性能的测试。结果显示liv3o8与石墨烯纳米复合材料具备着较好的倍率性能，在电流密度为100ma•g^-1进行充放电时，复合材料的容量最高能够达到220mahg^-1以上，在接下来200mag^-1、400mag^-1、500mag^-1、800mag^-1和1000mag^-1的电流大小检测中，容量随着电流的增大虽然有所下降，但是还是具有一定的稳定性，即使在1ag^-1的电流大小下liv3o8与石墨烯复合材料依旧拥有大约100mahg^-1的容量。当电流大小回到100mag^-1时，容量依旧能够回复到180mahg^-1以上。良好的倍率性能归功于liv3o8与石墨烯复合材料中超薄纳米带与石墨烯层层复合的结构以及具有“框架”作用且导电性极佳的石墨烯薄层的使用。

对于liv3o8与石墨烯复合材料进行cv测试的结果见图9所示，图9所示为其第1、2、3圈充放电的cv曲线。在充放电cv曲线出现了三个氧化还原峰，分别位于0.53v、0.83v和1.02v处，前三圈的氧化还原峰出现的位置重叠性较好，说明在zn²⁺离子嵌入和脱出时发生的化学反应一致性较好，整个循环的可逆性和稳定性较好，这也从侧面反应出了liv3o8与石墨烯纳米复合材料循环性能优异的原因。其中，阳极峰出现的位置是0.53v和0.83v，说明在这两个位置发生了化学反应，对应liv3o8斜晶晶格嵌zn²⁺离子和失电子的位置，yzn²⁺+liv3o8+2e^-=znyli1v3o8。而对应的阴极峰只有一个，位于1.02v处，这意味着当liv3o8/go纳米复合材料进行充电时，在1.02v发生了化学反应znyli1v3o8中的zn²⁺离子重新回到正极生成单质锌zn²⁺+2e^-=zn。

最后，为便于直观对比，还对循环前和循环后的liv3o8和石墨烯复合材料极片以及单纯liv3o8纳米带作为活性物质的极片进行了sem扫描分析，从检测结果中可以发现，liv3o8纳米带与石墨烯复合材料作为活性物质和纯liv3o8纳米带作为活性物质所涂覆的极片ti箔（如图10(a)和图10(c)所示）在循环前极片表面略显粗糙，整体形貌完整均匀。循环若干圈后，liv3o8和石墨烯复合材料极片（如图10中(b)所示）和纯liv3o8纳米带极片（图10中(d)所示）出现了极大的差别。其中，liv3o8和石墨烯复合材料极片经过230圈的循环，虽然由于经历zn²⁺的嵌入和脱出有轻微的起拱、起包的现象，但是其整体结构完整，几乎没有粉化或者剥落的现象，仍然牢固的粘连在极片表面。而作为参照对比的纯liv3o8纳米带极片在循环100圈后就出现大面积整体剥落，极片完整性遭到彻底破坏，活性物质的质量也大大减少，使得比容量大幅下降，这是由于纯liv3o8纳米带极片在充放电过程中，反复的经历zn²⁺的嵌入膨胀和脱出收缩，因此逐渐出现鼓包、表面隆起、鼓包断裂和脱落的现象。

综上所述，上述实施例中制备了一种具有优异电化学性能的二维liv3o8和石墨烯复合材料，在该复合材料中，石墨烯薄层形成有皱褶，具有极大比表面积，皱褶石墨烯薄层和liv3o8纳米带层交替复合后，二者之间分布有间隙，活性层中的石墨烯具有良好的柔韧性，可以让电解液更加容易地渗入材料深层，增加与活性物质的接触，进一步增加了比表面积，提高了电化学性能。此外，在上述liv3o8和石墨烯复合材料中，在石墨烯层与层之间夹着liv3o8纳米带，这种夹层结构确保了每一层被夹在石墨烯中的liv3o8纳米带的良好导电性，其中liv3o8作为储存zn²⁺离子的材料，层状石墨烯作为电子通路网络。已知liv3o8活性物质在充放电过程中会反复嵌入脱出zn²⁺离子，在zn²⁺离子嵌入和脱出的过程中其体积会反复的膨胀和收缩，而上述复合材料中石墨烯与liv3o8纳米带之间形成的间隙可以给liv3o8体积膨胀提供空间，同时石墨烯薄层又能像框架一样限制liv3o8的膨胀范围，从而有效抑制了liv3o8体积膨胀后可能带来的粉化和剥落。此外，上述间隙还给电解液的渗入提供了便利，使得活性物质与电解液能够更充分地接触，极大程度地缩短了电子和离子的传播路径，同时石墨烯优良的电导性也为zn²⁺离子和电子的进出提供了快速通道，从而提高了liv3o8和石墨烯纳米复合材料在水系锌离子电池中的电化学性能。采用上述复合材料作为正极活性物质的电池可以使用水系电解液，对环境无污染，在安全和可靠性对比传统电池也有着明显的优势。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

最后，应该强调的是，为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。