一种双离子电池及其制备方法技术

本申请属于电池的技术领域，尤其涉及一种双离子电池及其制备方法。本申请提供了双离子电池，包括正极、负极、电解液和间隔于正极和负极之间的隔膜；负极的活性材料的制备方法：步骤1、将氧化石墨烯、锰源、溶剂和酸碱调节剂混合，得到碱性的第一混合物；步骤2、将第一混合物与还原剂混合，制得第二混合物；步骤3、将第二混合物进行水热反应，制得石墨烯基水凝胶；步骤4、将石墨烯基水凝胶脱水，制得石墨烯基碳酸锰；正极的活性材料为石墨碳材料。本申请提供了本申请提供的双离子电池能有效解决现有的双离子电池容易出现正负极材料的不匹配，以及其正负极材料与电解液不相容等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种双离子电池及其制备方法
本申请属于电池的
，尤其涉及一种双离子电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，双离子电池(DIB)因其低成本、宽电压窗口、高能量密度、环境污染小等优势，在电化学储能领域中掀起了研究热潮。区别于传统锂离子电池的“摇椅式”原理，双离子电池是阴阳离子协同储能。充电时，阴离子嵌入正极，阳离子嵌入负极，放电时则相反。这种机理不仅显著提高了电池的工作电压，且因电极材料、电解液的的充分利用使得电池的能量密度大大提高。双离子电池的最显著优势在于，可采用廉价易得的石墨做正极且有着不俗的效果。而石墨相较于已经商业化的钴酸锂，磷酸铁锂等锂离子电池正极来说，有着更为丰富的储量，这意味着在成本、可持续性等方面都有优势。但是，由于双离子电池的固有属性，使其容易出现正负极材料的不匹配，以及其正负极材料与电解液不相容等技术问题，限制其应用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种双离子电池及其制备方法，能有效解决现有的双离子电池容易出现正负极材料的不匹配，以及其正负极材料与电解液不相容等技术问题。本申请第一方面提供了双离子电池，包括正极、负极、电解液和间隔于所述正极和所述负极之间的隔膜；以石墨烯基碳酸锰为所述负极的活性材料；以生物质多孔碳为所述正极的活性材料；所述石墨烯基碳酸锰的制备方法包括如下步骤：步骤1、将氧化石墨烯、锰源、溶剂和酸碱调节剂混合，得到碱性的第一混合物；步骤2、将所述第一混合物与还原剂混合，制得第二混合物；步骤3、将所述第二混合物进行水热反应，制得石墨烯基水凝胶；步骤4、将所述石墨烯基水凝胶脱水，制得石墨烯基碳酸锰；所述生物质多孔碳是由生物质经碳化后形成。更优选的，所述第一混合物的pH值为10。作为优选，所述氧化石墨烯与所述锰源的C：Mn的摩尔比为1：(2.4～4.8)。更优选的，所述氧化石墨烯与所述锰源的C：Mn的摩尔比为1：3.2。作为优选，步骤1中，所述锰源选自氯化锰或/和硫酸锰；所述溶剂选自水、去离子水和乙二醇中的一种或多种；所述酸碱调节剂选自氨水或/和尿素。更优选的，步骤1中，所述锰源为MnCl2；所述溶剂为水；所述酸碱调节剂为质量分数28％的氨水。作为优选，步骤2中，所述还原剂选自水合肼水溶液或/和苯胺中的一种或多种。更优选的，所述还原剂选自水合肼水溶液。作为优选，所述水合肼水溶液的浓度为80mg/mL；所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为(7～8)：(10～11)。更优选的，所述水合肼水溶液的浓度为80mg/mL；所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为7：10。作为优选，所述石墨碳材料选自硬碳、软碳和生物质多孔碳中的一种或多种。作为优选，所述生物质多孔碳是由生物质经碳化后形成；所述碳化的温度为800～1600℃；所述碳化的时间为1.5～6h。作为优选，所述生物质选自果皮、秸秆和坚果壳中的一种或多种。作为优选，所述电解液的溶质选自Zn(TFSI)2、ZnSO4或Zn(ClO4)中的一种或多种，所述电解液的溶剂选自水、酯类溶剂或醚类溶剂。作为优选，所述酯类溶剂选自EC、PC、DEC和DMC中的一种或多种；所述醚类溶剂选自DME、DEE和TGM中的一种或多种。更优选的，述电解液选自Zn(TFSI)2水溶液。作为优选，所述脱水的方法包括毛细蒸发方式、风干方式、冻干再冷冻干燥方式中的一种脱除水分。本申请第二方面提供了双离子电池的制备方法，包括如下步骤：步骤一、制备负极的活性材料，并将所述负极的活性材料制备成负极；制备正极的活性材料，并将所述正极的活性材料制备成正极；以石墨碳材料为所述正极的活性材料；所述石墨烯基碳酸锰的制备方法包括如下步骤：步骤1、将氧化石墨烯、锰源、溶剂和酸碱调节剂混合，得到碱性的第一混合物；步骤2、将所述第一混合物与还原剂混合，制得第二混合物；步骤3、将所述第二混合物进行水热反应，制得石墨烯基水凝胶；步骤4、将所述石墨烯基水凝胶脱水，制得石墨烯基碳酸锰；步骤二、将所述负极、所述正极、电解液和隔膜组装成双离子电池。作为优选，所述水热反应的温度为150℃～200℃；所述水热反应的时间为6～24h。作为优选，所述石墨碳材料选自硬碳、软碳和生物质多孔碳中的一种或多种。作为优选，所述生物质多孔碳是由生物质经碳化后形成；所述碳化的温度为800～1600℃；所述碳化的时间为1.5～6h。更优选的，所述碳化的温度为1200℃。本专利技术发现了石墨烯基碳酸锰和生物质多孔碳是一对匹配的双离子电池的正负极的活性材料，本申请的石墨烯基碳酸锰具有高密度三维结构，生物质多孔碳是一种成本低、储量丰富的正极活性材料，采用本申请提供的石墨烯基碳酸锰为负极的活性材料，生物质多孔碳为正极的活性材料制得的锌基双离子电池，能有效解决现有的双离子电池的正负极材料的不匹配，以及其正负极材料与电解液不相容等技术问题。本申请的双离子电池具有优异的电化学性能，较高的比容量和较好的长循环稳定性，同时还兼顾较高的功率密度和能量密度。具体实施方式本申请提供了一种双离子电池及其制备方法，能有效解决现有的双离子电池容易出现正负极材料的不匹配，以及其正负极材料与电解液不相容等技术缺陷。下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下实施例所用原料均为市售或自制，其中，以下实施例的生物质多孔碳是采用坚果壳粉末碳化后形成。实施例1本申请实施例提供了第一种锌基双离子电池，包括负极、隔膜、电解液和正极。负极包括负极集流体和负极活性材料，Celgard聚丙烯用作隔膜，正极包括正极集流体和正极活性材料，其具体制备方法如下：1、负极活性材料—石墨烯基碳酸锰(rGO@MnCO3)的制备方法：1.1、称取160mg氧化石墨烯，加入去离子水配成2mg/mL的水溶液，超声2h，得到氧化石墨烯水溶胶。1.2、在氧化石墨烯水溶胶加入浓度为10mg/mL的MnCl2水溶液，使得C:Mn的摩尔比为1:3.2，继续搅拌2h，使其混合均匀。1.3、向上述均匀分布的混合液中加入氨水(质量分数28％)，调节pH到10，制得碱性的第一混合物；将质量分数为80％的水合肼溶液稀释至浓度为80mg/mL，制得水合肼水溶液，然后不断搅拌条件下，将水合肼水溶液缓慢的滴入第一混合物中，其中，水合肼与氧化石墨烯的质量比为7:10，本实施例的1180μL水合肼水溶液在1.5h滴加完毕，然后将混合溶液继续搅拌1h，制得第二混合物。1.4、将上述均匀的第二混合物置于水热反应釜中，在温度为18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双离子电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和间隔于所述正极和所述负极之间的隔膜；以石墨烯基碳酸锰为所述负极的活性材料；以石墨碳材料为所述正极的活性材料；/n所述石墨烯基碳酸锰的制备方法包括如下步骤：/n步骤1、将氧化石墨烯、锰源、溶剂和酸碱调节剂混合，得到碱性的第一混合物；/n步骤2、将所述第一混合物与还原剂混合，制得第二混合物；/n步骤3、将所述第二混合物进行水热反应，制得石墨烯基水凝胶；/n步骤4、将所述石墨烯基水凝胶脱水，制得石墨烯基碳酸锰。/n

【技术特征摘要】
1.一种双离子电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和间隔于所述正极和所述负极之间的隔膜；以石墨烯基碳酸锰为所述负极的活性材料；以石墨碳材料为所述正极的活性材料；
所述石墨烯基碳酸锰的制备方法包括如下步骤：
步骤1、将氧化石墨烯、锰源、溶剂和酸碱调节剂混合，得到碱性的第一混合物；
步骤2、将所述第一混合物与还原剂混合，制得第二混合物；
步骤3、将所述第二混合物进行水热反应，制得石墨烯基水凝胶；
步骤4、将所述石墨烯基水凝胶脱水，制得石墨烯基碳酸锰。


2.根据权利要求1所述的双离子电池，其特征在于，所述氧化石墨烯与所述锰源的C：Mn的摩尔比为1：(2.4～4.8)。


3.根据权利要求1所述的双离子电池，其特征在于，步骤1中，
所述锰源选自氯化锰或/和硫酸锰；
所述溶剂选自水、去离子水和乙二醇中的一种或多种；
所述酸碱调节剂选自氨水或/和尿素。


4.根据权利要求1所述的双离子电池，其特征在于，步骤1中，
所述还原剂选自水合肼水溶液或/和苯胺中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的双离子电池，其特征在于，所述水合肼水溶液的浓度为80mg/mL；所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为(7～8)：(10～11)。


6.根据权利要求1所述的双离子电池，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑程，徐祥城，郭祝，简邦权，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44