一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将正极活性物质与非水溶性亲水纤维配成悬浊液，充分混合均匀后再干燥，然后再与导电剂、粘结剂及溶剂混合并均匀分散，得到水系锌离子电池用正极浆料，再将正极浆料涂覆于集流体上并烘干，形成正极活性物质的功能层，从而在正极活性物质的功能层中构成以非水溶性亲水纤维为骨架的微离子通道。基于非水溶性亲水纤维作为离子通道，以微米级、乃至毫米级长条状纤维作为离子通道骨架，在大负载量、大电流放电时提高离子传输效率。时提高离子传输效率。时提高离子传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料领域，具体为一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池因其固有的安全性、低成本和高能量强度，是很有前途的电网规模储能候选电池。然而，现阶段的水系锌离子电池正极材料，如二氧化锰，普鲁士蓝类似物，五氧化二钒等普遍存在离子传输效率低，充放电过程电极活性物质结构不稳定等缺陷，导致水系锌离子电池在倍率性能，循环性能上与传统锂离子电池还存在较大差异。为解决循环问题，研究人员从粘结剂入手，将正极活性物质与导电剂、粘结剂配制成浆料，通过粘结剂的粘结作用来提高正极性能。然而，该方法下，正极在长时间的充放电过程中仍会出现结构坍塌溶解的现象。因此，亟需一种成本不太高，易于实现，且能提高水系锌离子电池正极材料离子传输效率，结构稳定性的改性材料及其改性方法。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，基于非水溶性亲水纤维作为离子通道，以微米级、乃至毫米级长条状纤维作为离子通道骨架，在大负载量、大电流放电时提高离子传输效率。
[0004]为实现以上第一目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将正极活性物质与非水溶性亲水纤维配成悬浊液，充分混合均匀后再干燥，然后再与导电剂、粘结剂及溶剂混合并均匀分散，得到水系锌离子电池用正极浆料，再将正极浆料涂覆于集流体上并烘干，形成正极活性物质的功能层，从而在正极活性物质的功能层中构成以非水溶性亲水纤维为骨架的微离子通道。
[0005]上述方案中：所述非水溶性亲水纤维为侧链含有羟基、氨基、季铵基、羰基、羧基、磺酸基亲水性基团中的至少一种。
[0006]上述方案中：所述非水溶性亲水纤维为亲水改性涤纶纤维、棉纤维中的一种。
[0007]上述方案中：所述非水溶性亲水纤维直径在0.1
‑
10微米。
[0008]上述方案中：所述正极活性物质为锰基氧化物、钒基氧化物、金属铁氰化物、层状过渡金属硫化物、高分子导电聚合物中的一种。
[0009]上述方案中：添加的非水溶性亲水纤维与正极活性物质的质量之比为1：200
‑
1：2。
[0010]上述方案中：用于配制正极活性物质与非水溶性亲水纤维悬浊液的溶剂为水或水与有机溶剂的混合溶剂。
[0011]上述方案中：在水系锌离子电池用正极浆料中，正极活性物质质量占浆料中固体总含量的30％
‑
96％，粘结剂质量小于浆料中固体总质量的10％，导电材料为乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
[0012]上述方案中：粘结剂为水溶性粘结剂淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、水性
聚氨酯、丁苯胶乳中的至少一种。
[0013]一种所述的方法制备得到的水系锌离子电池正极材料。
[0014]非水溶性亲水纤维(如亲水改性涤纶纤维，棉纤维等)的大分子链上具有一定数量的较强极性的基团，能与水分子形成氢键结合，具有强的亲水能力，其无定形区和结晶区的边缘部分较大，分子结构较为疏松，水分子容易深入纤维表面的微小空隙内，使在其表面构筑微离子通道较为容易。同时，纤维本身的非水溶性能保证其长时间处于水溶液浸泡中而不断裂溶解，进而保证微离子通道和正极活性物质的结构稳定。与CN 114975848 A公开的纳米纤维素及水系锌离子电池柔性自支撑正极相比，按照本专利技术的制备方法采用非水溶性亲水纤维作为离子通道，以这种微米级，乃至毫米级长条状纤维作为离子通道骨架，在大负载量、大电流放电时提高离子传输效率。CN 114975848 A中纳米纤维素并不能形成本专利技术的离子传输通道(如本专利技术的图1)，他们仅仅是将亲水改性的纤维作为电极支撑，实现柔性自支撑电极。
[0015]按照本专利技术的方法在水系锌离子电池正极浆料中添加非水溶性亲水纤维，长条状非水溶性亲水纤维可作为微离子传输通道，其本身可作为离子传输通道的骨架及正极的支撑，以提高正极的离子传输效率和结构稳定性，进而提高其倍率性能和循环性能，其结构如附图1所示。
[0016]本专利技术通过添加非水溶性亲水纤维，在正极活性物质的功能层中构成以非水溶性亲水纤维为骨架的微离子通道，通过微离子通道的构建，有效提高了水系锌离子电池正极材料的离子传输效率和结构稳定性，使其在充放电过程的倍率性能和循环性能得到提高，具体表现为在大倍率放电时，构筑了离子通道的水系锌离子电池的最大克容量与循环后容量保持率的提高，可广泛应用于不同正极水系锌离子电池。
附图说明
[0017]图1本专利技术的正极微离子通道示意图。
[0018]图2为实施例1的金相显微镜图。
[0019]图3为实施例1充放电电流为1A
·
g
‑1时正极添加未亲水改性涤纶纤维和不添加未亲水改性涤纶纤维Zn
‑
MnO2电池容量衰减图。
[0020]图4实施例2充放电电流为1A
·
g
‑1时正极添加亲水改性涤纶纤维和不添加亲水改性涤纶纤维Zn
‑
MnO2电池容量衰减图。
[0021]图5为实施例3充放电电流为2A
·
g
‑1时正极添加亲水改性涤纶纤维和不添加亲水改性涤纶纤维Zn
‑
MnO2电池容量衰减图。
具体实施方式
[0022]下面将结合实施例和附图，对本专利技术做进一步的描述
[0023]一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，将正极活性物质与非水溶性亲水纤维配成悬浊液，充分混合均匀后再干燥，然后再与导电剂、粘结剂及溶剂混合并均匀分散，得到水系锌离子电池用正极浆料，再将正极浆料涂覆于集流体上并烘干，形成正极活性物质的功能层，从而在正极活性物质的功能层中构成以非水溶性亲水纤维为骨架的微离子通道。
[0024]非水溶性亲水纤维为侧链含有羟基、氨基、季铵基、羰基、羧基、磺酸基亲水性基团中的至少一种。如亲水改性涤纶纤维、亲水改性棉纤维。非水溶性亲水纤维直径在0.1
‑
1微米。正极活性物质为锰基氧化物、钒基氧化物、金属铁氰化物、层状过渡金属硫化物、高分子导电聚合物中的一种。添加的非水溶性亲水纤维与正极活性物质的质量之比为1：200
‑
1：2。用于配制正极活性物质与非水溶性亲水纤维悬浊液的溶剂为水或水与有机溶剂的混合溶剂。在水系锌离子电池用正极浆料中，在水系锌离子电池用正极浆料中，正极活性物质质量占浆料中固体总含量的30％
‑
96％，粘结剂质量小于浆料中固体总质量的10％，导电材料为乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。粘结剂为水溶性粘结剂淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、水性聚氨酯、丁苯胶乳中的至少一种。
[0025]实施例1
[0026]1)将0.2103g的二氧化锰与含0.0103未亲水改性的涤纶纤维的悬浊液在室温下混合12h，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将正极活性物质与非水溶性亲水纤维配成悬浊液，充分混合均匀后再干燥，然后再与导电剂、粘结剂及溶剂混合并均匀分散，得到水系锌离子电池用正极浆料，再将正极浆料涂覆于集流体上并烘干，形成正极活性物质的功能层，从而在正极活性物质的功能层中构成以非水溶性亲水纤维为骨架的微离子通道。2.根据权利要求1所述水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述非水溶性亲水纤维为侧链含有羟基、氨基、季铵基、羰基、羧基、磺酸基亲水性基团中的至少一种。3.根据权利要求2所述水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述非水溶性亲水纤维为亲水改性涤纶纤维、棉纤维中的一种。4.根据权利要求1或2或3所述水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述非水溶性亲水纤维直径在0.1
‑
1微米。5.根据权利要求4所述一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质为锰基氧化物、钒基氧化物、金属铁氰化物、层状过...

【专利技术属性】
技术研发人员：范兴，颜福志，范宗波，齐明鑫，秦龙，刘叶，
申请(专利权)人：北碳优能北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：