正极材料及其制备方法和锌离子电池技术

本发明专利技术公开了一种正极材料及其制备方法和锌离子电池，所述正极材料为掺杂金属元素的锰基材料，其中，所述掺杂金属元素包括Ti和Al中的至少之一。通过在锰基材料中掺杂Ti元素和Al元素中的至少之一，可以显著提高锰基材料的稳定性，从而有效抑制锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。池的比容量和循环性能。池的比容量和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法和锌离子电池


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和锌离子电池。

技术介绍

[0002]锰基(如MnO2)
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锌二次电池中，大多采用水系电解液，例如以H2O作为溶剂，然后加入金属盐电解质。水系电解液具有无毒无害、不可燃、成本低和对生产环境要求低等优点。然而采用水系电解液存在以下缺陷：1、活性物质溶出现象非常明显；2、副反应较多，存在析气现象，导致电池体系不稳定；3、电压窗口低：水的分解电压限制了水系电池的电压窗口不能过高。同时采用有机电解液也存在以下缺陷：1、正极材料克容量不足；2、Zn离子陷入脱出过程中，正极活性材料结构稳定性不足，导致循环稳定性不足。
[0003]因此，现有的锌离子二次电池有待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种正极材料及其制备方法和锌离子电池，通过在锰基材料中掺杂Ti元素和Al元素中的至少之一，可以显著提高锰基材料的稳定性，从而有效抑制锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种正极材料。根据本专利技术的实施例，所述正极材料为掺杂金属元素的锰基材料，其中，所述掺杂金属元素包括Ti和Al中的至少之一。
[0006]根据本专利技术实施例的正极材料，通过在锰基材料中掺杂Ti元素和Al元素中的至少之一，可以显著提高锰基材料的稳定性，从而有效抑制锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。
[0007]另外，根据本专利技术上述实施例的正极材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述锰基材料包括MnO2。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，基于所述正极材料的质量，所述掺杂金属元素的质量占比为1～10％。由此，可以显著提高锰基材料的稳定性。
[0010]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0011](1)将锰盐溶液与含掺杂金属盐混合，以便得到混合溶液，所述掺杂金属盐包括含铝盐或/和含钛盐；
[0012](2)将所述混合溶液与过硫酸盐混合；
[0013](3)将步骤(2)得到的反应后液进行洗涤和干燥，以便得到正极材料。
[0014]根据本专利技术实施例的制备正极材料的方法，通过将锰盐溶液与含掺杂金属盐混合后与过硫酸盐反应，然后对得到的反应后液进行洗涤和干燥，即在锰基材料中掺杂Ti元素
和Al元素中的至少之一，可以显著提高锰基材料的稳定性，从而有效抑制锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。
[0015]另外，根据本专利技术上述实施例的制备正极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述锰盐溶液与所述含掺杂金属盐和所述过硫酸盐的摩尔比为(25～128)：(1～5)：(25～128)。由此，可以提高正极材料的稳定性。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，伴随着搅拌将所述混合溶液与所述过硫酸盐在70～100℃下搅拌5～12h。由此，可以提高正极材料的稳定性。
[0018]在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种锌离子电池。根据本专利技术的实施例，所述锌离子电池包括：
[0019]正极，所述正极采用上述的正极材料或采用上述的方法得到的正极材料制备得到；
[0020]负极，所述负极包括金属锌和/或含锌化合物；
[0021]电解液，所述电解液包括有机溶剂和含锌离子盐。
[0022]根据本专利技术实施例的锌离子电池，其正极采用上述具有优异稳定性的正极材料制备而成，可以有效抑制该锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。
[0023]另外，根据本专利技术上述实施例的锌离子电池还可以具有如下附加的技术特征：
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和二甘醇二甲醚中的至少之一。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，所述含锌离子盐包括氯化锌、四氟硼酸锌、高氯酸锌、三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、硝酸锌、草酸锌、苯磺酸锌、对甲苯磺酸锌和异辛酸锌中的至少之一。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述电解液进一步包括碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少之一。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述电解液中进一步包括第二离子，所述第二离子包括钠离子、钾离子、锂离子和镁离子中的至少之一。
[0028]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0029]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0030]图1是根据本专利技术一个实施例的制备正极材料的方法流程示意图；
[0031]图2是实施例1中电池的循环性能曲线；
[0032]图3是实施例1中测试前后的正极材料的SEM图；
[0033]图4是实施例1中测试前后的正极材料的XRD图；
[0034]图5是实施例1中测试前的正极材料的EDS图；
[0035]图6是实施例7中电池的循环性能曲线；
[0036]图7是对比例中电池的循环性能曲线。
具体实施方式
[0037]下面详细描述本专利技术的实施例，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0038]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种正极材料。根据本专利技术的实施例，该正极材料为掺杂金属元素的锰基材料，其中，所述掺杂金属元素包括Ti和Al中的至少之一。专利技术人发现，通过在锰基材料中掺杂Ti元素和Al元素中的至少之一，可以显著提高锰基材料的稳定性，从而有效抑制锌离子电池中正极材料的溶出与结构坍塌，并且通过掺杂可以优化正极材料的电子结构和导电性，进而可以提高锌离子电池的比容量和循环性能。
[0039]进一步地，上述锰基材料包括MnO2，并且基于正极材料的质量，掺杂金属元素的质量占比为1～10％，专利技术人发现，本申请范围掺杂金属元素可以均匀地部分取代Mn原子，从而在很大程度上提高正极材料的结构稳定性，进而提高电池的循环稳定性，同时也有利于Zn离子在材料中的嵌入和脱出。优选地，掺杂金属元素为Ti元素，Ti(IV)与Mn(IV)具有相同的价态，相似的离子半径与配位结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料为掺杂金属元素的锰基材料，其中，所述掺杂金属元素包括Ti和Al中的至少之一。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述锰基材料包括MnO2。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，基于所述正极材料的质量，所述掺杂金属元素的质量占比为1～10％。4.一种制备权利要求1
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3中任一项所述正极材料的方法，其特征在于，包括：(1)将锰盐溶液与含掺杂金属盐混合，以便得到混合溶液，所述掺杂金属盐包括含铝盐或/和含钛盐；(2)将所述混合溶液与过硫酸盐混合；(3)将步骤(2)得到的反应后液进行洗涤和干燥，以便得到正极材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锰盐溶液与所述含掺杂金属盐和所述过硫酸盐的摩尔比为(25～128)：(1～5)：(25～128)。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，伴随着搅拌将所述混合溶液与所述过硫酸盐在70～100℃下搅拌5～12h。7.一种锌离子电池，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱瑶，罗云峰，陈璞，
申请(专利权)人：陈璞，
类型：发明
国别省市：