[發明專利]高性能柔性二次鋅銀鋅空混合電池正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110567141.1
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113299928A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 樂士儒;溫艷迪;遲大釗;張乃慶;李昀隆
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種高性能柔性二次鋅銀鋅空混合電池正極材料的制備方法，所述方法如下：一、配制硝酸鈷水溶液；二、配制2?甲基咪唑水溶液；三、將2?甲基咪唑水溶液加入到硝酸鈷水溶液中，得到含有2?甲基咪唑和硝酸鈷的混合溶液；四、將等離子體氧化處理后的碳布放入含有2?甲基咪唑和硝酸鈷的混合溶液中，取出碳布去離子水洗滌、干燥，得到生長Co?MOF的碳布；五、將生長Co?MOF的碳布高溫碳化；六、在碳化后的碳布表面電沉積銀；七、將碳布表面的銀氧化為一價氧化銀。本發明的方法簡單高效，通過金屬有機配合物框架衍生出的三角形納米片結構，增加了正極活性物質與基體的接觸面積，提高了銀的利用率。

技術領域

本發明屬于新能源材料與電化學領域，涉及一種電池正極的制備方法，具體涉及一種以碳布為基底，以金屬有機配合物框架為前驅體制備鋅銀鋅空混合電池正極材料的方法。

背景技術

隨著全球能源消耗的不斷增加，煤炭、石油、天然氣等傳統的不可再生能源已難以滿足未來的需求。在此背景下，開發新型的可再生能源（如太陽能、風能、潮汐能等）引起了廣泛關注。然而，太陽能和風能的間歇性和隨機性限制了它們的應用。特別是為了能夠可靠地存儲和有效地利用這些間歇性能源，電化學儲能技術已經成為一個重要的發展方向。隨著人們對便攜式、可穿戴電子產品的不斷追求，開發先進的柔性電池成為當務之急。

鋅基電池具有性能較高、易于組裝、成本低、安全性高、環保、鋅資源豐富等優點。其中鋅銀電池是目前最成熟的電池系統之一，具有廣闊的前景，在手表、助聽器、計算器、軍事和航空航天等電子設備中大放異彩。鋅銀電池可以提供300 Wh·kg^?1的比能量，功率密度高達600 W·kg^?1。鋅銀電池具有安全、環保、自放電率極低、電壓放電穩定等優點，但成本較高等限制了鋅銀電池的大規模商業應用。鋅空氣電池具有零污染、高能量、安全、低成本、大功率及材料可再生等優點，被認為是新一代理想動力電源，但鋅空氣電池放電電壓低，正極反應活性低，需要使用相應的催化劑。因此，如果能結合鋅銀電池和鋅空氣電池的特點制備混合電池，則能同時具備安全、電壓穩定、放電電壓高等特點。

論文《An ultra-high endurance and high-performance quasi-solid-statefiber-shaped Zn–Ag₂O battery to harvest wind energy》(J. Mater. Chem. A, 2019(7)2034-2040)，提到制備無粘結劑陰極的方法制備鋅銀電池正極材料，但未提到可用銀作為鋅空氣電池氧還原反應催化劑來進一步利用銀。CN103151538A公開了一種以銀鹽為原料，通過調節保護劑聚乙烯吡咯烷酮以及炭載體與銀的比例來制備鋅空氣電池催化劑的方法，通過摻雜的方式沒有提高銀的利用率。

發明內容

針對現有鋅銀電池銀的利用率低、穩定性差等問題，本發明提供了一種高性能柔性二次鋅銀鋅空混合電池正極材料的制備方法。銀均勻分散于基于金屬有機配合物框架衍生的CoNC三角形納米片表面，納米片生長于碳布基體，極易實現活性物質銀的分散和電子快速運輸、溶液中離子的有效擴散，提高了正極活性材料的利用率，進而改善了鋅銀電池性能，同時，銀也可作為鋅空電池正極氧還原反應的催化劑，Co₃O₄作為鋅空電池正極氧析出反應的催化劑，從而可用于組裝鋅銀/鋅空氣混合電池，得到一種應用更廣泛，且結合了鋅銀電池高電壓和鋅空氣電池高容量優點的混合電池，組裝成的柔性鋅銀/鋅空氣混合電池在放電電流密度1 mA·cm^-2時，放電容量可達2.7 mAh·cm^-2。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高性能柔性二次鋅銀鋅空混合電池正極材料的制備方法，以碳布為基底，以金屬有機配合物框架為前驅體制備鋅銀鋅空混合電池正極材料，具體包括如下步驟：

步驟一、將硝酸鈷加入到去離子水中，攪拌至分散均勻，得到濃度為0.05~0.1mol/L的硝酸鈷水溶液；