一种基于W制造技术

本发明专利技术涉及一种基于W

【技术实现步骤摘要】
一种基于W
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正极的水系锌离子电池


[0001]本专利技术涉及一种基于W
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正极的水系锌离子电池，属于新能源


技术介绍

[0002]水系锌离子电池具有高理论容量、高功率密度、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、组装成本和组装工艺难度较低，绿色无污染等优点，在大规模储能和便携电子设备等领域有很好的应用价值和发展前景。但由于Zn
2+
在脱嵌过程与主体结构之间存在较强的静电相互作用，导致传输动力学缓慢；其次充放电过程中正极材料的结构易发生坍塌，导致电池容量衰减过快；同时正极材料也存在导电性较差，充放电过程中电极极化较大等问题。目前水系锌离子电池正极材料主要包括锰基化合物、普鲁士蓝类似物和钒基化合物。锰基化合物具有毒性低、制备方法简单、能量密度较高等优点，是水系锌电池首选的正极材料，但存在导电性差、溶解等问题严重阻碍了其进一步发展；钒基材料具有相对较高的容量，但存在有毒、电压平台低、价格较高、易溶解等缺点；普鲁士蓝及其类似物具有高输出电压，但其容量低、寿命短、倍率能力差，需要进一步性能优化。
[0003]因此，开发电化学比能量高并且结构稳定的正极材料对于水系锌离子电池的推广和应用具有重大意义。

技术实现思路

[0004]针对上述水系锌离子电池存在的问题，本专利技术提出一种基于W
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正极的水系锌离子电池，水系锌离子电池的负极为锌片，正极为W
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正极，电解液为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或三氟甲烷磺酸锌的水溶液。W
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正极具有大量氧空位缺陷的存在能触发不平衡的电荷分布，从而改善界面电子转移，加快H/Zn
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嵌入脱出、吸附/解吸速率以及可逆性，在充放电过程中，显著地提升其电导率，从而更有利于电子在材料中的传输，使水系锌电池具有较高的比容量和循环稳定性。本专利技术中基于W
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水系锌离子电池合成工艺简单，反应物和电解液都具有低毒性和低成本的特点。
[0005]一种基于W
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正极的水系锌离子电池，负极为锌片，正极为W
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正极，电解液为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或三氟甲烷磺酸锌的水溶液。
[0006]优选的，所述电解液中含有硫酸锰，硫酸锰浓度为0.05～0.5mol/L。
[0007]优选的，所述电解液中锌离子浓度为0.1～3mol/L。
[0008]所述W
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正极的制备方法，具体步骤如下：
[0009](1)将钨源搅拌溶解在醇溶液中得到钨源
‑
醇前驱体溶液；
[0010](2)将钨源
‑
醇前驱体溶液在温度120～180℃下水热反应3～24h，冷却至室温，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到W
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；
[0011](3)将W
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、乙炔黑和聚偏氟乙烯混合均匀得到混合物，混合物中加入N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂并充分研磨得到混合浆料，将混合浆料均匀涂覆在碳纸集流体上，真空干燥即得到W
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正极。
[0012]所述步骤(1)钨源为WCl6、NaWO4、WCl5、W(CO)6、W(C2H5O)6或(NH4)
10
W
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·
5H2O；醇溶液为甲醇、乙醇或丙醇。
[0013]所述步骤(1)钨源
‑
醇前驱体溶液中钨源浓度为1～8g/L。
[0014]以质量百分数计，步骤(3)混合物中W
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占50～80％，乙炔黑占10～20％，聚偏氟乙烯占10～20％。
[0015]所述步骤(3)聚偏氟乙烯与N
‑
甲基吡咯烷酮的质量比为8～15:100。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术具有大量氧空位缺陷的W
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作为水系锌离子电池的正极，大量氧空位缺陷结构可以加速锌离子嵌入/脱出的速度，有效的解决了多价带电的锌离子与主体结构之间存在较强的静电相互作用而导致传输动力学缓慢的问题，从而实现电池更快的充放电、高比容量和稳定的长循环性能，进而提高电化学性能；
[0018](2)本专利技术以W
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作为正极材料具有较大的比表面积和优异的导电性，有利于提高电池的倍率和长循环寿命；
[0019](3)本专利技术以W18O49作为正极材料，制备工艺简单，通过调控工艺参数能实现不同形貌W18O49的制备(纳米线、纳米片、棒状、球状、海胆状等)，W
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的形貌对性能起着重要的决定作用，与一维和二维纳米结构相比，三维海胆状结构具有载流子运输途径独特和运输途径丰富等特点，可以产生更大的接触面积，从而大大提高离子电导率；
[0020](4)本专利技术以含有离子的无毒水液作为电解液，不需要在无氧无水的环境组装，组装成本和组装工艺难度较低，在电池制备和使用的过程中，不产生任何的污染物，绿色环保，安全性和稳定性能高，可实现大规模生产。
附图说明
[0021]图1为实施例1W
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的SEM图；
[0022]图2为实施例2W
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的SEM图；
[0023]图3为实施例3W
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的SEM图；
[0024]图4为实施例3W
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的XRD图；
[0025]图5为实施例3W
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水系锌电池正极材料循环伏安曲线图；
[0026]图6为实施例3W
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水系锌电池正极材料倍率特性曲线；
[0027]图7为实施例3W
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水系锌电池长循环曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0029]实施例1：W
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正极的制备方法，具体步骤如下：
[0030](1)将0.5gWCl6超声溶解在50mL乙醇中得到WCl6/乙醇前驱体溶液；WCl6/乙醇前驱体溶液中WCl6的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于W
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正极的水系锌离子电池，其特征在于：负极为锌片，正极为W
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正极，电解液为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或三氟甲烷磺酸锌的水溶液。2.根据权利要求1所述基于W
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正极的水系锌离子电池，其特征在于：电解液中含有硫酸锰，硫酸锰浓度为0.05～0.5mol/L。3.根据权利要求1或2所述基于W
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正极的水系锌离子电池，其特征在于：电解液中锌离子浓度为0.1～3mol/L。4.根据权利要求1所述基于W
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正极的水系锌离子电池，其特征在于：W
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正极的制备方法，具体步骤如下：(1)将钨源搅拌溶解在醇溶液中得到钨源
‑
醇前驱体溶液；(2)将钨源
‑
醇前驱体溶液在温度120～180℃下水热反应3～24h，冷却至室温，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到W
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；(3)将W
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、乙炔黑和聚偏氟乙烯混合均匀得到混合物，混合物中加入N

【专利技术属性】
技术研发人员：苗力丹，胡劲，王恺钊，王开军，张维钧，段云彪，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：