[發明專利]高功率水系鋅離子電池復合球形正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810355889.3
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108539172B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 吳賢文;陽思念;曾方紅;段榮瓊;阮巧云;向延鴻;吳顯明;何則強
• 申請（專利權）人: 吉首大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 吳迪

本發明高功率水系鋅離子電池復合球形正極材料的制備方法，將鋅鹽、錳鹽以及均相沉淀劑溶解在蒸餾水中，加入表面活性劑、助表面活性劑以及溶劑，將油相與水相混合均勻充分攪拌，形成微乳液體系；將微乳液體系轉移到內襯聚四氟乙烯的水熱反應釜中進行反應，至于烘箱中于80～200℃反應3～20小時，自然冷卻至室溫，離心分離得到復合材料前驅體，用蒸餾水和無水乙醇清洗多次，80℃真空干燥12小時；然后進行煅燒，在空氣氣氛下以2℃/min的升溫速度，煅燒溫度為550～800℃，煅燒時間為3～20小時，自然冷卻到室溫，制備得正極材料。制備成本低，得到的電池具有高安全、高功率、長循環壽命的特點。

技術領域

本發明屬于新型儲能材料及儲能技術領域，涉及一種鉛酸電池的替代品，特別是涉及一種高功率水系鋅離子電池復合球形正極材料的制備方法。

背景技術

以有機溶液為電解液的鋰離子電池/鈉離子電池組裝工藝復雜、苛刻，且不安全環保。而水系電池具有安全無毒、成本低廉、倍率性能好、組裝工藝簡單等優點，在大型儲能和動力電池領域具有廣闊的應用前景。然而，市場上可供選擇的水系電池正負極材料極為有限。

目前，除液流電池外，水系電池主要有兩種。一種是正負極材料均為金屬離子嵌入型化合物；另一種是負極為金屬，正極為嵌入型化合物。性能相對較好的嵌入型負極材料主要是LiTi₂(PO₄)₃、NaTi₂(PO₄)₃，但容量普遍偏低。然而，金屬鋅作為負極材料理論比容量高達820mAh/g，且具有資源豐富、環境友好、可逆性好、平衡電位低和能量密度高等優點。目前，以鋅為負極的水系鋅離子電池引起了人們的格外關注。然而，不同于一價金屬離子，二價鋅離子在充放電過程中攜帶的電荷量更多，電池功率密度更大。然而，目前關于水系鋅離子電池正極材料的專利報道較少。

普魯士藍及其類似物放電比容量普遍偏低，且原料有毒(如中國專利CN102903917A)；二氧化錳原料來源廣泛，成本較低。作為水系鋅離子電池正極，其初始放電比容量較高，但在循環過程中容量衰減快、大電流放電特性差(如中國專利CN10297662A、CN204651389U)；康飛宇和陳軍團隊報道了一種原料來源廣泛、價格低廉的水系鋅離子電池正極材料錳酸鋅和缺陷型錳酸鋅(中國專利CN102097661A、CN105958131A)，但是在改善材料循環穩定性的同時，降低了電極的比容量或電池的能量密度。因此，結合二氧化錳和錳酸鋅各自的特點和優勢，開發高容量、大倍率、長循環壽命的水系鋅離子電池復合正極材料的技術工藝迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高功率水系鋅離子電池復合球形正極材料的制備方法，制備成本低，得到的電池具有高安全、高功率、長循環壽命的特點。

本發明所采用的技術方案是，高功率水系鋅離子電池復合球形正極材料的制備方法，具體按照以下步驟進行：

步驟1，將鋅鹽、錳鹽以及均相沉淀劑溶解在蒸餾水中，加入表面活性劑、助表面活性劑以及溶劑，將油相與水相混合均勻充分攪拌，形成微乳液體系；

步驟2，將微乳液體系轉移到內襯聚四氟乙烯的水熱反應釜中進行反應，至于烘箱中于80～200℃反應3～20小時，自然冷卻至室溫，離心分離得到ZnMn₂O₄/Mn₂O₃復合材料前驅體，用蒸餾水和無水乙醇清洗多次，80℃真空干燥12小時；然后進行煅燒，在空氣氣氛下以2℃/min的升溫速度，煅燒溫度為550～800℃，煅燒時間為3～20小時，自然冷卻到室溫，制備得到ZnMn₂O₄/Mn₂O₃復合正極材料。

進一步的，所述步驟1中，鋅鹽為硝酸鋅，錳鹽為醋酸錳。