[發(fā)明專利]一種衍生多孔碳作為鋅碘電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111481052.1
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114267828A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雪敏;徐俊偉;葛林恒;劉偉良;喬從德;任慢慢;姚金水
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/36;C01B32/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及了一種鋅碘電池正極材料及其制備方法，制備了一種碘摻雜多孔碳復(fù)合材料（ZPC/I₂）為活性物質(zhì)的工作電極，屬于鋅碘電池技術(shù)領(lǐng)域。ZPC/I₂復(fù)合材料工作電極是以ZPC/I₂樣品為活性物質(zhì)，并將活性物質(zhì)與導電劑、粘合劑在溶劑中研磨混合后，涂覆在集流體上面而得。本發(fā)明制備的正極材料在電流密度100 mA g^?1下循環(huán)100次后容量仍保持在140?170 mAh g^?1。本發(fā)明還提供所屬工作電極的制備方法。本發(fā)明的工作電極具有優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種鋅碘電池正極材料及其制備方法，制備了一種以ZPC/I₂復(fù)合材料為活性物質(zhì)的工作電極，屬于鋅碘電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石能源的消耗以及科學技術(shù)的進步和綠色理念的發(fā)展，可再生清潔能源的開發(fā)和利用受到了廣泛關(guān)注，鋰離子電池因其高效、環(huán)保和經(jīng)濟等諸多優(yōu)勢，在過去的幾十年中一直主導著全球能量存儲市場。然而，由于鋰資源的價格不斷上漲,使得當前的鋰離子電池價格居高不下，并且在電池中使用的有機電解液往往有毒，存在環(huán)境污染的風險。因此，開發(fā)具有成本低廉，安全性能好且環(huán)境友好的新型二次電池體系是必然趨勢。金屬-碘電池被認為是一種有潛力的電池體系。

金屬鋅是一種高比容量且廉價的電極材料，同時它在水中是穩(wěn)定的，這使得應(yīng)用廉價且安全的水性電解質(zhì)成為可能。這些特點使得鋅-碘電池在金屬-碘電池體系中脫穎而出。然而，碘的導電性差、熱穩(wěn)定性差以及碘物質(zhì)（I₂、I^-和I₃^-）的穿梭效應(yīng)仍然是其實際應(yīng)用的障礙。碘物質(zhì)可以通過隔膜擴散，并通過穿梭效應(yīng)在鋅金屬陽極表面生成低導電性的ZnI₂，導致活性碘的損失、低庫侖效率和正極的循環(huán)性能衰減。

因此，本發(fā)明提出ZIF-8衍生多孔碳材料作為Zn-I₂電池的有效正極基體。ZPC的微孔結(jié)構(gòu)有利于碘物質(zhì)的物理捕獲，而且還可以改善電解質(zhì)的離子擴散和滲透。ZPC中的N、Zn和ZnO可以提供豐富的活性位點與碘物質(zhì)產(chǎn)生化學相互作用，以限制穿梭效應(yīng)并提高電導率，從而獲得令人滿意的電化學性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種衍生多孔碳作為鋅碘電池正極材料及其制備方法，目的在于克服現(xiàn)有鋅碘電池正極材料的導電性能和儲能性能不佳的缺點。本發(fā)明提供一種ZIF-8衍生多孔碳材料，多孔碳的導電性良好，比表面積大，有利于對碘物質(zhì)的物理捕獲。同時可以有效的提供電子/離子傳導的路徑，提高正極材料儲電性能。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種ZPC/I₂復(fù)合材料工作電極，以ZPC/I₂復(fù)合材料為活性物質(zhì)，將活性物質(zhì)與導電劑、粘合劑在溶劑中研磨混合后，涂覆在集流體上面而得。

所述導電劑為科琴黑。

所述集流體為不銹鋼箔；優(yōu)選的，所述不銹鋼箔的厚度為0.01 mm。

所述粘合劑為聚偏氟乙烯；優(yōu)選的，聚偏氟乙烯的密度為1.75-1.78 g/cm³。

所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。

本發(fā)明還提供所述工作電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）制備ZIF-8晶體：首先將Zn(NO₃)₂?6H₂O和2-甲基咪唑分別溶于甲醇中，劇烈攪拌15分鐘，形成溶液；再將兩種溶液混合，在室溫下攪拌1小時后靜置12小時；將離心得到的白色晶體用甲醇洗滌數(shù)次，然后在60°C下干燥12小時；