一种PQ-MnO2复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种PQ

【技术实现步骤摘要】
一种PQ
‑
MnO2复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种电极材料的制备工艺，更具体地说，本专利技术涉及一种PQ
‑
MnO2复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]可充电锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品和电动汽车。然而，成本和潜在的安全问题限制了它们的应用领域和规模。使用水系电解质的可充电水电池在很大程度上减少了这些困扰，并在过去的几年中快速发展。锌金属是水溶液系统的理想阳极，它具有较高的理论比容量、低氧化还原电位，而且与水有良好的相容性。与锌阳极匹配的阴极材料的研究主要集中在金属氧化物、普鲁士蓝盐和聚阴离子化合物等无机化合物。然而锌离子电池无机正极材料受到理论比容量和结构稳定性的限制，电化学性能很难进一步提高。且过渡金属元素资源的匮乏使其大规模生产所用成本增加，近年来，由于有机材料的可加工性、多电子反应、氧化还原稳定性和结构多样性，且从可再生资源中获得，因而更多的研究工作开始转向有机材料。有机化合物在分子设计上更灵活，这允许系统地调整电极材料的电压、容量、电导率、氧化还原动力学和其他特性。
[0003]醌类化合物能够进行多电子的氧化还原反应，具有稳定的循环性能、较高的理论比容量，因此被认为是锌离子电池最有前途的电极材料。醌类化合物分为小分子醌类化合物和醌类化合物的聚合物两大类。其中小分子醌类化合物包括简单醌类、多羰基醌、并入杂环的醌、含取代基的醌等几种类型，9,10
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菲醌(PQ)被研究的最为广泛。菲被氧化得到的物质就是PQ，观察PQ的分子结构，发现处于邻位的羰基和共轭程度较高的平面，这两个因素都促使菲醌拥有较强的分散电荷的能力，很容易获得电子，发生还原反应，表现出良好的电化学可逆性。
[0004]然而，醌类化合物特别是醌类小分子的电压窗口低的问题还没有得到很好的解决；醌类化合物电极材料的电化学性能仍有待进一步提高。
[0005]基于上述理由，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种PQ
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MnO2复合电极材料及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。
[0007]本申请专利技术人在实际研究中开发了一种通过简单的一步球磨法得到高电位PQ
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MnO2复合电极材料的方法。本专利技术通过简单的一步球磨复合，得到PQ
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MnO2复合电极材料，该复合电极材料中，MnO2与9,10
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菲醌(PQ)的分子间作用力，使其形成独特的复合结构特征，使复合电极材料在氧化还原过程中兼具有MnO2的氧化还原(充电高于1.3V时，MnO2的贡献)和PQ的氧化还原(充电低于1.3V时，PQ的贡献)特性，进而能提供多电子的转移，改善了醌基锌离子电池的整体电化学性能。
[0008]为了实现本专利技术的上述其中一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种PQ
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MnO2复合电极材料的制备方法，所述方法是以PQ、乙炔黑、MnO2为原材料，将原材料研磨，混合充分后再进行球磨，从而形成所述的PQ
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MnO2复合电极材料。
[0010]上述所述PQ
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MnO2复合电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0011](1)研钵研磨：在室温条件下，将PQ、乙炔黑、MnO2按照一定的质量比加入研钵中，研磨使其充分混合，然后将所得混合原料转移至球磨罐中；
[0012](2)球磨混合：室温下，将一定质量的锆球加入到步骤(1)装有混合原料的球磨罐中，然后将球磨罐置于球磨机内，进行球磨混合，球磨结束后，得到所述的PQ
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MnO2复合电极材料。
[0013]进一步地，上述技术方案，还包括步骤(3)：在室温下，将步骤(2)中球磨好的粉末收集起来，存放于真空罐中。
[0014]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述PQ的用量为0.1g～1g，所述乙炔黑的用量为0.1g～1g，所述MnO2的用量为0.1g～1g，所述锆球的用量为6g～60g。
[0015]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述PQ、乙炔黑和MnO2的质量比为10：1：1～1：1：1，较优选为5：1：1～1：1：1。
[0016]更优选地，上述技术方案步骤(1)中，所述PQ、乙炔黑和MnO2的质量比为1：1：1。
[0017]进一步地，上述技术方案，步骤(1)中，所述研磨优选为手动研磨，具体研磨时间不限，只要能实现各原料的均匀混合即可，例如所述研磨时间可以为10～30min，较优选为15min。
[0018]进一步地，上述技术方案，步骤(2)中，球磨机的球磨转速设置为100～900rpm。当球磨转速超过900rpm时，会导致球磨机球发热加剧，不利于长时间球磨。
[0019]进一步地，上述技术方案，步骤(2)中，所述球磨时间设置为1～10小时。
[0020]优选地，上述技术方案，步骤(2)中，所述球磨机的转速设置为600rpm，所述球磨时间为5h。
[0021]进一步地，上述技术方案，步骤(2)中，所述球磨所用锆球的质量为20g。
[0022]本专利技术的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的PQ
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MnO2复合电极材料。
[0023]本专利技术的第三个目的在于提供上述所述方法制备得到的PQ
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MnO2复合电极材料在制备水系锌离子电池中的应用。
[0024]一种水系锌离子电池正极材料，包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料为本专利技术上述所述方法制备得到的PQ
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MnO2复合电极材料。
[0025]一种水系锌离子电池正极，所述正极包括本专利技术上述所述水系锌离子电池正极材料。
[0026]进一步地，上述所述水系锌离子电池正极，采用PQ
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MnO2复合电极材料作为活性材料，聚四氟乙烯(PTFE)乳液作为粘结剂，乙炔黑作为导电剂，以无水乙醇作为溶剂，将四种物质充分研磨，混合均匀，辊压后成薄膜状，然后将其置于干燥箱，恒温干燥过夜，最后将其切割成圆片，并将圆片压在金属基底上，得到水系锌离子电池正极。
[0027]优选地，所述PQ
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MnO2复合电极材料、PTFE、乙炔黑、无水乙醇加入量比例为70mg:15mg:15mg:10ml。
[0028]优选地，所述干燥采用的烘干温度为80℃，干燥时间在8h以上，优选干燥12h。
[0029]优选地，所述金属基底可以为镍、钛等中的任意一种，例如，所述金属基底为钛网。
[0030]优选地，所述圆片的直径为12mm。
[0031]优选地，所述PQ
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MnO2复合电极材料在圆片上的用量为1.0～2.0mg cm
‑2。
[0032]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PQ
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MnO2复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述方法是以PQ、乙炔黑、MnO2为原材料，将原材料研磨，混合充分后再进行球磨，从而形成所述的PQ
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MnO2复合电极材料。2.根据权利要求1所述的PQ
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MnO2复合电极材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：(1)研钵研磨：在室温条件下，将PQ、乙炔黑、MnO2按照一定的质量比加入研钵中，研磨使其充分混合，然后将所得混合原料转移至球磨罐中；(2)球磨混合：室温下，将一定质量的锆球加入到步骤(1)装有混合原料的球磨罐中，然后将球磨罐置于球磨机内，进行球磨混合，球磨结束后，得到所述的PQ
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MnO2复合电极材料。3.根据权利要求1所述的PQ
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MnO2复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述PQ的用量为0.1g～1g，所述乙炔黑的用量为0.1g～1g，所述MnO2的用量为0.1g～1g，所述锆球的用量为6g～60g。4.根据权利要求2或3所述的PQ
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MnO2复合电极材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：万厚钊，李欢，王浩，吕琳，马国坤，张军，汪汉斌，
申请(专利权)人：湖北江城实验室，
类型：发明
国别省市：