[發明專利]一種用于水系鋅離子電池正極的納米復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010571523.7
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111646518A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 劉偉良;徐俊偉;孫博宇;孫君茹
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;H01M4/36;H01M4/50;H01M4/52;H01M10/36
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本發明涉及一種錳酸鈷/石墨烯復合材料用于水系鋅離子電池正極材料的制備方法。首先將石墨烯均勻分散至醇類和去離子水的混合溶液中，再將鈷鹽、錳鹽溶解到混合溶液中并轉移至高壓反應釜中加熱，將得到的產物離心干燥后，在嚴格控制溫度和時間的條件下煅燒最終得到錳酸鈷/石墨烯復合材料。本方法制備的復合材料，具有原料成本低、制備方法簡單等優點，同時本復合材料也具有比較大的比表面積和層間空隙，為鋅離子參與反應提供了許多活性位點，有利于反應的進行，且使其具有較高的可逆比容量，同時兼具良好的循環的穩定性和倍率性能。

本發明屬于電池技術領域，具體為一種水系鋅離子二次電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池（LIBs）是電化學領域中研究最廣泛的能源儲備裝置，已經占據了能源儲備領域的主導地位。然而因其鋰資源匱乏，原材料價格昂貴，電解質多為污染環境的有機物，以及帶來的安全隱患等問題引起越來越多的關注，所以尋找替代它的新電池系統很有必要。水系鋅離子電池具有很多優勢，例如對環境友好，使用安全，在空氣中組裝方便，低成本和高容量等特點。目前對鋅離子電池的研究還處在初級階段，探索高效的正極材料仍然是首要目標，隨著研究的不斷加深，水系鋅離子電池的性能被進一步優化，所以水系鋅離子電池作為新型環保二次電池的前景十分光明。高等人報到了聚吡咯包覆CoMn₂O₄作為鋰硫電池的電極材料，在電流密度為在0.1 A·g^-1電流密度時，具有1407 mAh·g^-1的高可逆比容量（Ceramics International, 2020, 3: 18224–18233）。同樣CoMn₂O₄/石墨烯復合材料在水系鋅離子電池中的應用中也表現出出色的循環穩定性和優異的倍率性能。

發明內容

本發明的目的是將CoMn₂O₄與石墨烯進行復合，通過控制煅燒的溫度和時間，形成鈷酸錳/石墨烯復合材料作為水系鋅離子電池的正極材料。該方法所需原料成本低廉，制備過程相對簡單，制備出的正極材料具有良好的循環穩定性和較高的可逆容量。

為實現本發明的目的，提供以下技術方案：

一種錳酸鈷/石墨烯復合材料用于水系鋅離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）取一定量的石墨烯加入到醇類和去離子水的混合溶液中，混合溶液中醇類和去離子水的體積比為60:1~5，并在超聲波作用下進行分散處理2~6 h，形成均勻的石墨烯懸濁液，再將鈷鹽、錳鹽以摩爾比為1:2~2.5溶于懸濁液中，混合溶液在 20~50°C下劇烈攪拌30~60 min，使其充分混合均勻，再把混合溶液轉移到高壓反應釜并置于150~200°C烘箱中連續反應12~24h，混合溶液經離心后得到沉淀，隨后用去離子水將固體沉淀洗滌若干次，最后將所得樣品在60~70°C下真空干燥12~16h；

（2）取步驟（1）中干燥好的樣品置于坩堝中，在管式爐中煅燒，條件為：空氣氛圍，以2~5°C/分鐘的升溫速率加熱至450~550°C，保溫4 h，待產物自然冷卻至室溫后，研磨成顆粒均勻的粉末；

（3）取上述步驟（2）中粉末狀的活性材料與乙炔黑和聚偏氟乙烯按照質量比7~8:1~2:1混合，并滴加適量N-甲基吡咯烷酮，使用球磨機球磨4 h，將混合漿料涂布在不銹鋼箔上，在100~120°C下真空干燥10~12 h，得到正極材料。

進一步的，所述步驟（1）中醇類是乙二醇、乙醇或甲醇中的至少一種。

進一步的，所述步驟（1）中鈷鹽是四水乙酸鈷、六水硝酸鈷或六水氯化鈷中的至少一種。

進一步的，所述步驟（1）中錳鹽是四水乙酸錳、六水硫酸錳或四水氯化錳中的至少一種。

本發明的特點是：所需的原料比較廉價，制備過程比較簡單，制備出的復合材料作為鋅離子電池正極材料是首次提出，該材料具有優異的電化學性能。