[發明專利]一種自支撐的二氧化錳正極材料及其在鋅/鈉電池中的應用

在審

• 申請號: 202210242932.1
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114613984A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 馮金奎;安永靈;田園
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/50
• 分類號: H01M4/50;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種自支撐的二氧化錳正極材料及其在鋅/鈉電池中的應用。包括：將表面活性劑加入到堿化的MXene溶液中，再加入二氧化錳和硫，混合均勻，真空抽濾，得到自支撐的膜；后在惰性氣體或者真空條件下加熱處理后獲得自支撐的二氧化錳正極材料。本發明采用高導電的MXene作為柔性的基底，不僅可以提高導電性，柔性結構可緩解體積變化，而且能提高電池的能量密度。揮發的硫顆粒不僅可以使MXene獲得多孔結構，而且還可以實現硫摻雜，多孔結構可以有效地緩解體積變化，促進離子傳輸，加速電解液的浸潤，硫摻雜可以提高正極與電解液的浸潤性。此外氮摻雜不僅可以提高復合材料的導電性，而且可以促進正極材料與電解液之間的浸潤。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種自支撐的二氧化錳正極材料及其在鋅/鈉電池中的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

水系鋅離子電池由于其高的安全性、電極材料資源豐富和低的成本等優點而受到廣泛的關注。二氧化錳材料是現有水系鋅離子二次電池常用的正極材料之一，但是存在的導電性差和化學穩定性差的原因限制了它在鋅離子電池中的進一步應用。具體而言：(1)低的導電性導致二氧化錳作為正極材料時的倍率性能較差。(2)循環過程中大的體積變化及錳的溶解使電池的循環性能變差。為了解決上述問題，許多研究已經被報道。例如，通過納米化材料來改善二氧化錳體積變化的問題，通過與高導電材料復合進一步提高其導電性，從而改善倍率性能。但是現有方法很難獲得高導電的自支撐二氧化錳正極材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種自支撐的二氧化錳正極材料及其在鋅/鈉電池中的應用。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種自支撐的二氧化錳正極材料的制備方法，包括：

將氫氧化物溶液加入到MXene溶液中，在惰性氣體保護下混合均勻，過濾洗滌至中性，得到混合溶液；

將表面活性劑加入到所述混合溶液中，混合均勻，再加入二氧化錳和硫，混合均勻，真空抽濾，得到自支撐的膜；

將所述自支撐的膜在惰性氣體或者真空條件下加熱處理，降溫后，得到自支撐的二氧化錳正極材料。

本發明的第二個方面，提供了一種鋅/鈉電池，包括：上述的自支撐的二氧化錳正極材料。

本發明的第三個方面，提供了上述的自支撐的二氧化錳正極材料在制備智能設備、電動汽車、電動摩托車、電動工具、軍事裝備或航空航天設備中的應用。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明制備出的自支撐的二氧化錳正極材料中，高導電的MXene提供柔性的基底，不僅可以提高復合材料的導電性，柔性的結構也可緩解循環過程中的體積變化，而且也能提高電池的能量密度；

(2)加入的硫顆粒在高溫下可以揮發，不僅可以使MXene獲得多孔結構，而且還可以實現硫摻雜。多孔結構可以有效地緩解體積變化，促進離子傳輸，加速電解液的浸潤。此外，硫摻雜可以提高正極與電解液的浸潤性。

(3)復合正極材料中，氮摻雜不僅可以提高復合材料的導電性，而且可以促進正極材料與電解液之間的浸潤。

(4)作為鋅離子電池的正極材料使用，具有優異的倍率性能和循環性能。

(5)本申請的操作方法簡單、成本低、具有普適性，易于規模化生產。

附圖說明

構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。