[發明專利]聚電解質插層二氧化錳的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110947741.0
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113659128A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 邵智鵬;傅杰財;謝二慶;張亞雄;郭洪州;延劍鋒;崔曉莎
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01M4/50
• 分類號: H01M4/50;H01M4/62;H01M10/36;H01M10/42
• 代理公司: 蘭州澤一知識產權代理有限公司 62207
• 代理人: 周春雷

本發明提供了聚電解質插層二氧化錳的制備方法及其應用，其中聚電解質插層的二氧化錳包括聚電解質和二氧化錳，且聚電解質通過原位電化學的方法生長于二氧化錳層間，原位電化學方法包括以下步驟：S1、將錳鹽與聚電解質分散于去離子水中；S2、利用電化學方法在三電極體系中，以步驟S1得到溶液為沉積液，通過無機?有機界面反應，在集流體上，將聚電解質插入二氧化錳層間，最后通過高溫干燥形成聚電解質插層的二氧化錳。本發明提供的原位電化學合成方法工藝簡單、成本低、容易操作。同時，聚電解質原位插層于二氧化錳層間，大大地擴大了層狀二氧化錳的層間距，從而提高了二氧化錳的結構穩定性、電化學性能以及吸附性能，應用于離子電池等。

技術領域

本發明涉及無機-有機復合材料制備方法技術領域，具體涉及一種聚電解質插層二氧化錳的電化學制備方法及其在水系鋅離子電池器件中的應用。

技術背景

隨著科技和工業的不斷快速發展，能源日漸成為了人們目前最受關注的主題之一。但是在工業社會發展過程中，石油、天然氣、煤炭等化石能源的過度消耗，促使了一些新型能源（太陽能、風能、潮汐能等）的迅速發展，然而這些可再生能源都屬于間歇性能源，穩定性較差，因此能源的存儲和有效地利用至關重要?？沙浞烹姷碾x子電池恰好是能源存儲與釋放的最佳選擇。

錳基復合材料一直被認為是傳統離子電池和超級電容器的主體材料，尤其被認為是具有較高理論容量的水系鋅離子電池正極材料。但是純的二氧化錳的存儲能力和循環穩定性較差，而且容量的利用率較低，目前仍然面臨著巨大的挑戰，主要原因是離子的嵌入/脫嵌過程中引起的相變以及循環過程中隨之而來的結構坍塌。

拓寬層狀二氧化錳的層間結構可以有效提升氧化錳基儲能器件的性能。通過原位電化學的方法制備聚電解質插層的二氧化錳有助于解決上述所遇到的困難和挑戰，盡管聚電解質插層的金屬氧化物復合材料在很早前就被提出，但是傳統的制備方法工藝復雜、反應難以控制、成本較高。使用電化學的方法制備聚電解質插層的二氧化錳彌補了傳統技術的缺點和不足，大大提升了二氧化錳材料在離子電池中的存儲能力和循環壽命。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種聚電解質的插層二氧化錳的原位電化學制備方法，該制備方法工藝簡單，反應容易控制，成本較低，所制備的復合材料應用于水系鋅離子電池正極電極，具有較高的容量，良好的循環穩定性以及導電性。

為解決本發明的技術問題采用如下技術方案：

一種聚電解質插層二氧化錳的制備方法，包括以下步驟：

S1、將錳鹽和聚電解質分散于去離子水中，攪拌完全溶解后形成均勻溶液；

S2、利用原位電化學方法在三電極體系中，以步驟S1得到溶液為沉積液，通過無機-有機界面反應，在集流體上將聚電解質插入二氧化錳層間；

S3、在烘箱中干燥后形成聚電解質插層的二氧化錳。

所述步驟S1中錳鹽為醋酸錳、硝酸錳、氯化錳、碳酸錳或硫酸錳中的一種。

所述步驟S1中聚電解質為聚陽離子電解質、聚陰離子電解質或兩性高分子電解質中的一種。

所述步驟S1中錳鹽、聚電解質與去離子水的質量比為10:1-20:2500。

所述步驟S2中所述原位電化學方法為恒電位法、恒電流法、循環伏安法或恒電流充放電法中的一種或者幾種。

所述步驟S2中恒電位法條件為：電壓為0.8-1.2V，時間為10s-3600s；恒電流法條件為：電流密度為5-100mA/cm²，時間為10s-3600s；循環伏安法條件為：掃速為0.1-5mV/s，電壓窗口為-0.4~0.5-0.8~1.2V，圈數為1-100圈；恒電流充放電法條件為：電流為0.1-100mA/cm²，電壓窗口為-0.4~0.5-0.8~1.2V，圈數為1-100圈。