[發明專利]一種用于氯離子電池的水滑石正極材料的制備方法及使用水滑石正極材料的氯離子電池

有效

• 申請號: 201710707443.8
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107452953B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 韓景賓;尹青;張冠軍;趙亞軍;李劍波;衛敏
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發明提供了一種用于氯離子電池的水滑石正極材料的制備方法及使用水滑石正極材料的氯離子電池。本發明采用共沉淀法制備氯離子插層的水滑石為正極材料；金屬鋰片為負極材料；1?丁基?1?甲基哌啶鎓氯化物離子液體為電解液，構建了以水滑石基電極材料為正極的氯離子電池電極體系。本發明將水滑石二維層狀材料作為氯離子電池正極材料，充分利用了其陰離子可插層性的優點，層與層間的連接依靠靜電相互作用力，克服了之前氯氧化物作為正極材料，充電前后體積變化較大，結構不穩定的缺點；利用水滑石層板金屬元素的可調變性，可制備出多種氯離子電池的正極材料。

技術領域

本發明屬于水滑石應用技術領域，具體而言，提供了一種用于氯離子電池的水滑石正極材料的制備方法及使用水滑石正極材料的氯離子電池。

背景技術

在環境危機與能源短缺的雙重壓力下，高安全性、高性價比及高容量的電化學能源存儲與轉換器件的研究引起人們的廣泛關注。目前，鋰離子電池以其各項優異的性能，在各類電子設備，新能源汽車等領域有著廣泛且成熟的市場。于此同時，鈉離子電池、鋁離子電池等基于陽離子作為傳質離子的二次電池也受到廣泛的關注。近年來，一些以陰離子為傳質離子的氟離子電池和氯離子電池研究相繼被報道。2014年，專利CN104241711A公開了一種氯離子電池，其電池反應方程式可表示如下：其中M_c為正極金屬，M_a為負極，m或者n為氯離子的數目。

含過渡金屬(如Co、Ni、Fe和Mn等)的水滑石類層狀材料，具較高的比表面積和電化學活性，且對環境友好，合成方法簡便，利用層間陰離子的可調變和可插層性，是一類很有發展前景的氯離子電池材料。

發明內容

本發明將含過渡金屬的LDHs類二維層狀材料用作氯離子電池的正極材料，利用其電化學活性，結構和組成的可調控性，制備出一類高比容量、高安全性，高效率的氯離子電池。

一種用于氯離子電池的水滑石正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)共沉淀法制備氯離子插層的水滑石納米材料：將可溶二價金屬鹽和可溶三價金屬鹽溶于去離子水配制成混合鹽溶液，其中二價金屬離子M₁的濃度為0.1～1mol/L，M₁和三價金屬離子M₂的摩爾濃度比為1～3；將氯化鈉溶解于去CO₂去離子水中，配成濃度為0.1～1mol/L的溶液；將混合鹽溶液與氯化鈉溶液混合攪拌，兩種溶液用量體積比為1:0.5～1，用氫氧化鈉溶液調節其pH值在7～11范圍內，于80～130℃晶化12～36小時，反應結束后用去離子水洗滌至中性，干燥后得到氯離子插層的水滑石納米片材料；

2)制備正極材料：將步驟1)得到的水滑石納米片材料與導電劑和粘合劑進行混合，其中，水滑石納米片材料占總質量的50～80％，涂覆于集流體上，于90～130℃環境下真空干燥24～48h后得到用于氯離子電池的水滑石正極材料。

優選的，步驟1)中所述的二價金屬離子M₁為Ni²⁺、Co²⁺、Ti²⁺、Cr²⁺、In²⁺或Zn²⁺中的任意一種或幾種，三價金屬離子M₂為Fe³⁺、Mn³⁺、Ti³⁺、Cr³⁺、In³⁺或Co³⁺中的任意一種或幾種。

優選的，所述粘結劑通過將聚偏氟乙烯與溶劑N-甲基吡咯烷酮以3％～6％質量比混合得到。

優選的，所述的水滑石納米片材料與導電劑和粘合劑的質量比為6～8:3～1:1。

優選的，所述導電劑是乙炔黑。