[發(fā)明專利]一種PQ-MnO2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210404309.1
• 申請(qǐng)日: 2022-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN115020660A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬厚釗;李歡;王浩;呂琳;馬國坤;張軍;汪漢斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué);湖北江城實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/60;H01M10/054
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本發(fā)明公開了一種PQ?MnO₂復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是以PQ、乙炔黑、高錳酸鉀、濃硫酸等為原材料，首先將高錳酸鉀、濃硫酸等原材料配成溶液、其次進(jìn)行水熱反應(yīng)、抽濾、干燥，從而得到MnO₂，再將其與PQ以及乙炔黑一起研磨混合均勻、最后進(jìn)行球磨，從而使PQ和MnO₂均勻形成PQ?MnO₂復(fù)合電極材料。本發(fā)明通過機(jī)械球磨混合，得到PQ?MnO₂復(fù)合電極材料，其中PQ與MnO₂的相互作用，提高了PQ的電壓平臺(tái)，且較單獨(dú)的PQ或MnO₂，復(fù)合材料的容量更高，循環(huán)穩(wěn)定性更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電極材料的制備工藝，更具體地說，本發(fā)明涉及一種PQ-MnO₂復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

可充電鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車。然而，成本和潛在的安全問題限制了它們的應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模。使用水系電解質(zhì)的可充電水電池在很大程度上減少了這些困擾，并在過去的幾年中快速發(fā)展。鋅金屬是水溶液系統(tǒng)的理想陽極，它具有較高的理論比容量、低氧化還原電位，而且與水有良好的相容性。與鋅陽極匹配的陰極材料的研究主要集中在金屬氧化物、普魯士藍(lán)鹽和聚陰離子化合物等無機(jī)化合物。然而鋅離子電池?zé)o機(jī)正極材料受到理論比容量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，電化學(xué)性能很難進(jìn)一步提高。且過渡金屬元素資源的匱乏使其大規(guī)模生產(chǎn)所用成本增加，近年來，由于有機(jī)材料的可加工性、多電子反應(yīng)、氧化還原穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)多樣性，且從可再生資源中獲得，因而更多的研究工作開始轉(zhuǎn)向有機(jī)材料。有機(jī)化合物在分子設(shè)計(jì)上更靈活，這允許系統(tǒng)地調(diào)整電極材料的電壓、容量、電導(dǎo)率、氧化還原動(dòng)力學(xué)和其他特性。

醌類化合物能夠進(jìn)行多電子的氧化還原反應(yīng)，具有穩(wěn)定的循環(huán)性能、較高的理論比容量，因此被認(rèn)為是鋅離子電池最有前途的電極材料。醌類化合物分為小分子醌類化合物和醌類化合物的聚合物兩大類。其中小分子醌類化合物包括簡(jiǎn)單醌類、多羰基醌、并入雜環(huán)的醌、含取代基的醌等幾種類型，9,10-菲醌(PQ)被研究的最為廣泛。菲被氧化得到的物質(zhì)就是PQ，觀察PQ的分子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)處于鄰位的羰基和共軛程度較高的平面，這兩個(gè)因素都促使菲醌擁有較強(qiáng)的分散電荷的能力，很容易獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)可逆性。

然而，醌類化合物特別是醌類小分子的電壓窗口低的問題還沒有得到很好的解決；醌類化合物電極材料的電化學(xué)性能仍有待進(jìn)一步提高。

基于上述理由，特提出本申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種PQ-MnO₂復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，解決或至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)缺陷。

本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)際研究中開發(fā)了一種通過簡(jiǎn)單的一步球磨法得到高電位PQ-MnO₂復(fù)合電極材料的方法。本發(fā)明通過簡(jiǎn)單的一步球磨復(fù)合，得到PQ-MnO₂復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料中，MnO₂與9,10-菲醌(PQ)的分子間作用力，使其形成獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)特征，使復(fù)合電極材料在氧化還原過程中兼具有MnO₂的氧化還原(充電高于1.3V時(shí)，MnO₂的貢獻(xiàn))和PQ的氧化還原(充電低于1.3V時(shí)，PQ的貢獻(xiàn))特性，進(jìn)而能提供多電子的轉(zhuǎn)移，改善了醌基鋅離子電池的整體電化學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述其中一個(gè)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種PQ-MnO₂復(fù)合電極材料的制備方法，所述方法是以PQ、乙炔黑、MnO₂為原材料，將原材料研磨，混合充分后再進(jìn)行球磨，從而形成所述的PQ-MnO₂復(fù)合電極材料。

上述所述PQ-MnO₂復(fù)合電極材料的制備方法，具體包括如下步驟：