[發明專利]水系鋅離子電池正極材料及其制備方法和水系鋅離子電池

在審

• 申請號: 202011582301.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112838198A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 倪珂帆;于春雨;傅洋;陳璞
• 申請（專利權）人: 瑞海泊有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M10/36;C01B32/05;C01B32/15;C01G45/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 周慧云

本發明公開了水系鋅離子電池正極材料及其制備方法和水系鋅離子電池，該水系鋅離子電池正極材料包括內核以及包覆層，所述內核包括MnO，所述包覆層形成在所述內核的外表面上，并且所述包覆層包括碳。由此，該水系鋅離子正極材料結構穩定且比容量高，進而制備得到的水系鋅離子電池的電化學性能好，比容量高，循環性能好。

技術領域

本發明屬于水系鋅離子電池領域，具體涉及一種水系鋅離子電池正極材料及其制備方法和水系鋅離子電池。

背景技術

在已報道的錳基水系鋅離子電池正極材料中，大多數選用不同晶型的MnO₂和MnO₂改性材料或者LiMn₂O₄作為正極材料。對于錳氧化物基水系鋅離子電池而言，尤其是MnO₂材料，目前面臨的主要問題是循環的快速衰減，其原因在于：(1)充放電過程中錳離子的溶解，帶來原始材料形貌的坍塌直至最后主體材料的流失；(2)高價態錳離子在反應過程中易發生歧化反應，導致晶型結構發生變化；(3)MnO₂是一種氧化劑，具有催化性，在水系電解液體系下易發生催化反應，析出氧氣，破壞電池體系穩定性；(4)錳氧化物材料導電性差。

因此，現有的水系鋅離子電池正極材料有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種水系鋅離子電池正極材料及其制備方法和水系鋅離子電池，該水系鋅離子電池正極材料結構穩定且比容量高，進而制備得到的水系鋅離子電池的電化學性能好，比容量高，循環性能好。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種水系鋅離子電池正極材料。根據本發明的實施例，所述水系鋅離子電池正極材料包括：

內核，所述內核包括MnO；

包覆層，所述包覆層形成在所述內核的外表面上，并且所述包覆層包括碳。

根據本發明實施例的水系鋅離子電池正極材料，內核采用MnO，包覆層形成在內核的外表面上，并且包覆層包括碳，即其結構為碳包覆一氧化錳(MnO/C)，相較傳統使用的MnO₂和MnO₂改性材料或者LiMn₂O₄作為正極材料，本申請的水系鋅離子電池正極材料具有以下優勢：(1)MnO/C充電過程中存在錳離子的溶解，形成有缺陷的MnO材料，增加了活性位點，從而可以提升正極材料容量；(2)MnO/C中的錳為二價，二價錳不存在歧化反應，副反應少；(3)MnO/C中的一氧化錳對析氧的催化性較弱，可以減少電池析氣。此外，一氧化錳外表面包覆的含碳包覆層對離子的轉移有一定的阻擋，需要較長時間的活化過程，因此正極材料比容量能夠持續上升。同時，含碳包覆層能夠增加正極材料的導電性，從而進一步提高正極材料比容量。由此，該水系鋅離子電池正極材料結構穩定且比容量高，進而制備得到的水系鋅離子電池的電化學性能好，比容量高，循環性能好。

另外，根據本發明上述實施例的水系鋅離子電池正極材料還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述內核的粒徑為1～15μm。由此，可以提高水系鋅離子電池正極材料的穩定性。

在本發明的一些實施例中，所述包覆層的厚度為2～200nm。由此，可以提高水系鋅離子電池正極材料的導電性和比容量。

在本發明的一些實施例中，所述MnO與所述碳的摩爾比為(80～100)：(0.2～5.0)。由此，可以提高水系鋅離子電池正極材料的穩定性和導電性。

在本發明的第二個方面，本發明提出了一種制備水系鋅離子電池正極材料的方法。根據本發明的實施例，所述方法包括：

(1)將碳酸錳與碳源混合后進行干燥；