[發(fā)明專利]一種碲化銻納米片及在水系鋅離子電池中的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112670502B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田偉峰;朱琳;王超
• 申請（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/38;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發(fā)明提供了一種碲化銻納米片及在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，步驟如下：（1）將碲化銻納米片、乙炔黑、粘結(jié)劑以一定的比例做成均一漿料，涂覆到柔性基底上，干燥得到碲化銻納米片正極材料；（2）將碲化銻納米片正極材料、隔膜、鋅片、電解液以及墊片封裝成水系鋅離子電池。本發(fā)明采用水熱法制備得到碲化銻納米片，將其應(yīng)用在水系鋅離子電池，具有較高的質(zhì)量比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，以及相應(yīng)的循環(huán)伏安特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碲化銻納米片正極及其相關(guān)水系鋅離子電池的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高容量、循環(huán)壽命長、質(zhì)量輕等優(yōu)點，逐漸主導(dǎo)了當(dāng)前的消費電子存儲設(shè)備，但是鋰離子電池使用高度易燃和有毒的有機電解質(zhì)，在使用過程一旦出現(xiàn)短路會引起電池起火、爆炸，近年來手機、筆記本電腦、電動汽車的電池起火爆炸事件時有報道，有機電解液帶來的安全問題無疑限制了其進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用開發(fā)。近年來，水系可充電池因為其低成本、運行過程中的高安全性以及環(huán)保等優(yōu)點，在大規(guī)模電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中有良好的應(yīng)用前景。此外，相比于非水電解質(zhì)(1～10 ms cm ^-1)，水系電解質(zhì)可提供2倍以上的離子電導(dǎo)率(1 S cm^-1)；從儲能原理來看，氧化還原反應(yīng)涉及多個電子的電池體系無疑具有更高的比容量和能量密度，采用多價(+2價)的鋅離子電池具備水系電池的高安全性，多電子體系的高比容量和能量密度，同時電池的鋅片負(fù)極常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和價格低廉，近年來逐漸引起越來越多研究人員的關(guān)注。鋅離子電池的主要結(jié)構(gòu)包括和正極材料、鋅金屬負(fù)極，水系電解液（硫酸鋅）和隔膜。從元素周期表上來看，鋅屬于第二副族，失去兩個電子而顯+2價，電池儲能時涉及兩個電子，不同于處于第一主族的單電子基鋰（鈉）離子電池。鋅離子電池與其他類型鋅電池（如干電池等）不同的是鋅離子電池屬于二次電池，具有更長的循環(huán)使用壽命。

碲化銻(Sb₂Te₃)是一種低帶隙的V-VI族半導(dǎo)體化合物，在室溫下具有優(yōu)異的熱電性能（溫差電優(yōu)質(zhì)系數(shù)達(dá)0.9×10^-3/K），因此被視為一種理想的熱電材料。但是碲化銻在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用目前只限于太陽能電池和有機的鈉離子電池，目前單電子基的鋰（鈉）離子電池負(fù)極材料根據(jù)儲能原理主要有嵌入、合金、轉(zhuǎn)化三種類型，其中嵌入類負(fù)極材料容量低而循環(huán)穩(wěn)定性高，合金類容量高而循環(huán)穩(wěn)定性相對較差，轉(zhuǎn)化類負(fù)極材料同樣也面臨容量高而循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，從原理上來看碲化銻屬于合金與轉(zhuǎn)化的混合類型，相關(guān)實驗數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)也佐證了這點。目前碲化銻電極材料在水系鋅離子電池的應(yīng)用，據(jù)公開資料尚未有報道。同時，當(dāng)前水系鋅離子電池的電極材料大多涂覆在硬質(zhì)的金屬集流體上，本發(fā)明將電極材料涂覆到經(jīng)過化學(xué)方法處理的柔性碳布集流體，也可以涂覆到不銹鋼集流體。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有碲化銻應(yīng)用技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種碲化銻納米片及在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，通過一步水熱方法合成碲化銻納米片，碲化銻納米片正極鋅離子電池器件具有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種碲化銻納米片在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，步驟如下：

（1）將碲化銻納米片、乙炔黑、粘結(jié)劑以一定的比例做成均一漿料，采用無需輔助儀器直接浸漬的方法涂覆到經(jīng)過特殊化學(xué)方法處理的柔性基底上，干燥得到碲化銻納米片正極材料；

（2）將碲化銻納米片正極材料、隔膜、鋅片、電解液以及墊片封裝成水系鋅離子電池。

所述步驟（1）中碲化銻納米片的尺寸為300～2000 nm，厚度為10～12 nm；碲化銻納米片、乙炔黑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為（7～9）:1:1（以NMP作為溶劑），（5～7）:3:1（以酒精作為溶劑）。

所述步驟（1）中粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，電解液為硫酸鋅水溶液。

柔性基底為通過一定化學(xué)方法處理的親水性柔性碳布，也可使用常規(guī)不銹鋼網(wǎng)。