[發明專利]一種水系鋅離子電池正極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110695682.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113422048B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王保峰;莊強強;吳茜凱;汪浩立
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/505;H01M10/36
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 劉小莉

本發明公開了一種新型水系鋅離子電池正極材料的制備方法及其應用，包括，將鋅鹽、錳鹽和蔗糖加入溶劑中均勻混合，在水浴條件下進行磁力攪拌，形成溶膠；將所得溶膠轉移到鼓風干燥箱中膨化，得到燒結前驅體；將蓬松狀前驅體在氣氛下燒結；經過冷卻、研磨得到用于鋅離子電池正極材料ZnMnO₃。該方法材料來源較廣且原料價格低廉、產品純度高、節能省時，產量高，滿足水系鋅離子電池正極材料低成本綠色環保的要求；且制備的ZnMnO₃材料應用于水系鋅離子電池正極材料，并具有較為良好的初始比容量，以及優異倍率性能以及循環穩定性。

技術領域

本發明屬于化學電源技術領域，具體涉及一種水系鋅離子電池正極材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著環境污染和化石燃料消耗的日益加劇，人們加快了尋求綠色能源的步伐。一些可再生清潔能源，如風能、太陽能、潮夕能等有望取代傳統的化石能源，但是這些可再生清潔能源也有分布不均勻、不能隨時利用等缺點。因此需要和一些儲能設備進行結合，從而有效地利用這些能源。目前的儲能方式主要有機械類儲能、電化學儲能、熱儲能、電氣類儲能和化學儲能。與其他儲能方式比較，電化學儲能具有轉化效率高，應用靈活，投資較少等優點，最符合能源發展的需求。

目前，鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池是發展比較成熟的電化學儲能方式。其中，鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、工作電壓高、無記憶效應等優點，得到了廣泛使用和好評。雖然鋰離子電池具有很多優點，但是，鋰資源的儲量是有限的，而且是分布不均的，近年來鋰的價格也在逐漸攀升，以及鋰離子電池所采用的有機電解質也存在著潛在的安全隱患，使得鋰離子電池在大型能量儲存設備的應用方面受到了限制。為了尋找合適的儲能替代技術，鈉離子電池和鉀離子電池相應的得到了研究與發展，但是它們的原材料價格較高，而且電池的組裝條件要求比較嚴格(在無水、無氧的條件下)，使得它們的成本較高。

最近，可充電水系離子電池(如鎂、鋁、鋅等)因成本低、相對安全、環境友好等優勢日益受到人們的關注。并且水系離子電池采用的是水溶液電解質，水溶液電解質的離子電導率與有機電解質相比要高2～3個數量級，使得它們具有較高的倍率能力，可滿足進一步的實際應用。

在諸多水系離子電池中，鋅金屬因具有資源豐富、價格低廉、環境友好、理論容量和體積容量高、在水溶液中相對穩定等優勢而受到廣泛的研究。這種價格低廉，材料豐富，相對安全的水系鋅離子電池也是非常符合大規模儲能系統的要求的?；谝陨戏N種優勢，近年來許多科研工作者在水系鋅離子電池的探索上做了大量的工作，促使水系鋅離子電池的研究得到了飛速的發展。目前鋅離子電池的研究主要集中在正極材料、負極材料、隔膜、電解質這幾個方面，其中正極材料不僅是決定電池性能的關鍵，也是阻礙鋅離子電池實際應用的關鍵。一些單金屬錳基氧化物如(MnO，MnO₂，Mn₂O₃，Mn₃O₄)已經作為水系鋅離子電池正極材料被大量研究。

然而，對于單金屬氧化物來說，還存在著電導率較低，以及在充放電過程中存在錳的溶解和結構的崩塌從而導致其循環穩定性差的問題。因此尋找合適的水系鋅離子正極材料仍然是嚴峻的挑戰，開發長壽命、高比容量、高循環穩定性、高安全性、制備過程工藝簡單且綠色環保的正極材料是當今水系鋅離子電池發展的重中之重。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明的目的是，克服現有技術中的不足，提供一種水系鋅離子電池正極材料。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：一種水系鋅離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：包括，