[發明專利]一種錳基鋅離子電池正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110977687.4
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113745476A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 譚強;宋媛媛;柳永寧;郭生武
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M10/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明屬于錳基氧化物材料制備技術領域，公開了一種錳基鋅離子電池正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法具體包括以下步驟：將獲得的經過導電劑處理的碳纖維制品，利用電沉積的方法以碳纖維制品作為基底沉積MnO₂，得到導電劑處理后MnO₂的正極材料。本發明提供的制備方法，能夠完成柔性鋅離子電池的錳基鋅離子電池正極材料的合成，可保證MnO₂結構呈多孔片狀且相對致密。本發明的錳基鋅離子電池正極材料，用于柔性鋅離子電池正極，具有較好的導電性，可提升電池的容量和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于錳基氧化物材料制備技術領域，特別涉及一種錳基鋅離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

考慮到經濟的飛速發展而帶來的環境污染和化石能源的枯竭，開發綠色環保、安全高效的儲能裝置已經引起了人們的廣泛關注。

目前，鋰離子電池在商業可充電電池市場中占據著重要的地位；然而，由于鋰離子電池中有限的金屬鋰資源、開發成本高和有機電解質的使用等缺陷，同時傳統的鋰離子電池不但體積笨重，而且還無法折疊，在體積變化的過程中容易引發熱失控，導致嚴重的安全問題，阻礙了其在柔性和可穿戴電子設備方面的發展。為了適應可穿戴電子設備、卷式顯示器等柔性設備日益增長的需求，人們對水性電池日益關注。基于錳(Mn)的水系鋅離子柔性電池因其低成本、鋅資源豐富、含水電解質的使用提高電池的安全性，以及鋅基電極具有高的理論比容量(820mAh g^-1)的優點，吸引了大量研究和行業興趣，這應該是消耗較少能量但要求更高安全性的可穿戴設備的最佳選擇。對于鋅離子電池而言，在放電/充電過程中，由于雙電子反應和Zn²⁺的大離子半徑(0.074nm)，鋅存儲過程必須克服大的離子遷移能壘和高的電化學極化，這導致正極材料的結構損傷和相變，導致快速的容量衰減。所以，正極材料對電池的整體性能至關重要。

到目前為止，只有少數正極材料被研究用于Zn²⁺儲存，結合國內外研究現狀來看，將用于鋅離子電池的正極材料分為以下三類：錳基材料、釩基材料、普魯士藍類似物(PBAs)；在這些材料中，錳基氧化物，尤其是MnO₂，被認為是水系鋅離子電池中最有前途的主體材料，因為它們成本低、毒性低以及地球上相應的資源豐富。

為了解決導電性差以及容量衰減過快的問題，需要開發性能更好的錳基鋅離子電池正極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種錳基鋅離子電池正極材料及其制備方法和應用，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明第一方面提供的制備方法，能夠完成柔性鋅離子電池的錳基鋅離子電池正極材料的合成，可保證MnO₂結構呈多孔片狀且相對致密。本發明第二方面提供的錳基鋅離子電池正極材料，用于柔性鋅離子電池正極，具有較好的導電性，可提升電池的容量和循環穩定性。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種錳基鋅離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

利用電沉積的方法，以導電劑處理后的碳纖維制品作為基底沉積MnO₂，獲得錳基鋅離子電池正極材料。

本發明方法的進一步改進在于，所述利用電沉積的方法，以導電劑處理后的碳纖維制品作為基底沉積MnO₂，獲得錳基鋅離子電池正極材料的步驟具體包括：

以硝酸錳、硝酸鈉和檸檬酸鉀配制獲得沉積液；

將導電劑處理后的碳纖維制品置入所述沉積液，采用恒壓電沉積的方法進行電沉積，獲得錳基鋅離子電池正極材料；其中，所述恒壓電沉積的電壓為1.0～1.5V。

本發明方法的進一步改進在于，所述利用電沉積的方法，以導電劑處理后的碳纖維制品作為基底沉積MnO₂，獲得錳基鋅離子電池正極材料的步驟具體包括：