[發明專利]一種基于導電MOFs基納米材料的柔性鋅離子電池

在審

• 申請號: 202011575374.8
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112582610A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李朝威;張競超;張道軍
• 申請（專利權）人: 安陽師范學院
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M10/36;C08G83/00;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發明涉及一種基于Mn?cMOFs基納米材料的柔性鋅離子電池，包括正極、負極和電解質，所述正極包括柔性集流體和涂覆在柔性集流體上的正極材料，所述正極材料的成分包括Mn?cMOFs基納米材料、粘結劑和導電劑；所述Mn?cMOFs基納米材料經下述步驟制備獲得：將含有錳鹽和有機配體的水溶液在60?100℃條件下反應8?12h，固液分離、干燥得到Mn?cMOFs；將Mn?cMOFs在氮氣氛圍保護下于400?600℃退火1?3h，獲得Mn?cMOFs基納米材料。該電池柔性好，容量高、電壓高且壽命長，電池形狀可控，適合大規模生產，在柔性可穿戴電子器件中有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于柔性可充電電池技術領域，具體涉及一種基于導電MOFs基納米材料的柔性鋅離子電池及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，柔性可穿戴的電子設備如電子手環、柔性傳感器等逐漸出現在我們的日常生活中，并為我們的生活提供了極大的便利，是當前技術領域的研究熱點。然而，為柔性可穿戴電子設備提供能源的柔性電池的研究限制了柔性可穿戴電子設備的快速發展。為了提升柔性可穿戴電子設備的性能、舒適性和安全性，開發高性能、高安全的柔性電池具有重要的意義。在柔性可穿戴電子設備中應用的柔性電池需要同時滿足柔韌性、高性能和安全性的要求。傳統的有機系電池如鋰離子電池因為使用毒性大的有機電解液，已經不能成為柔性可穿戴器件的供能器件。

具有成本低、容量高（820 mAh/g）和安全性高的可充水系鋅離子電池是柔性可穿戴設備的理想能源器件。水系鋅離子電池主要由正極、鋅負極和電解質組成，其中正極材料決定鋅離子電池的電壓、容量和使用壽命的主要因素。目前常用的正極材料有釩基材料、錳基材料、普魯士藍類似物等?；阝C基材料的鋅離子電池容量高（~400 mAh/g）、但存在電壓低（~1V）、毒性大的缺陷；基于普魯士藍類似物的鋅離子電池電壓高（＞1.7V）、但存在容量低（~100mAh/g）的缺陷；基于錳基材料的鋅離子電池容量高（~350mAh/g）、電壓高（~1.35V）、但壽命短。因此，亟待研究開發電池容量高、電壓高以及壽命長的新型鋅離子電池。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，提供一種基于Mn-cMOFs基納米材料的柔性鋅離子電池，該電池柔性好，容量高、電壓高且壽命長，電池形狀可控，適合大規模生產，填補了柔性可穿戴電子設備行業中對高性能柔性電池的空白，在柔性可穿戴電子器件中有廣闊的應用前景。

本發明還提供了上述基于Mn-cMOFs基納米材料的柔性鋅離子電池的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于導電MOFs基納米材料的柔性鋅離子電池，包括正極、負極和電解質，其中，所述正極包括柔性集流體和涂覆在柔性集流體上的正極材料，所述正極材料的成分包括Mn-cMOFs基納米材料、粘結劑和導電劑；

所述Mn-cMOFs基納米材料經下述步驟制備獲得：將含有錳鹽和有機配體的水溶液在60-100℃條件下反應8-12h，固液分離、干燥得到Mn-cMOFs（錳基導電MOFs）；將Mn-cMOFs在管式爐中氮氣氛圍保護下于400-600℃退火1-3h，獲得Mn-cMOFs基納米材料。

具體的，所述錳鹽為硝酸錳、硫酸錳和乙酸錳中的一種；所述有機配體為均苯四甲酸四鈉鹽、均苯三甲酸三鈉鹽、2,5-二羥基對苯二甲酸二鈉鹽和2,6-萘二甲酸二鈉鹽中的一種或兩種以上；錳鹽和有機配體的質量比為5:1~10。含有錳鹽和有機配體的水溶液中，錳鹽的濃度可在1~100mg/ml內變化。本發明中的有機配體可以直接購買，或者是將酸與NaOH反應獲得對應的鈉鹽，此為本領域常規技術，如，將均苯四甲酸與NaOH反應獲得均苯四甲酸四鈉鹽。

具體的，所述Mn-cMOFs基納米材料、導電劑和粘結劑的質量比為(65~85)：(5~15)：(5~15)。

具體的，所述導電劑為乙炔黑、炭黑、石墨烯和石墨的一種或兩種以上；所述粘結劑為聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯等。