一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和应用

【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和应用


[0001]本专利技术属于电池材料

。
更具体地，涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，水系锌离子电池
(AZIBs)
因其成本低
、
能量密度高
、
绿色环保等优点备受关注
。
同时，在储能机理方面，与单价金属离子
(
如
K
+
、Na
+
、Ag
+
)
相比，
Zn
2+
可允许多个离子进行载流子传输；与有机电解质相比，水系电解质安全且价格更低廉
。
然而，
AZIBs
的正极在实际应用中往往存在不可逆的晶格畸变导致循环稳定性差
、
导电性能差
、
倍率差等缺陷
。
[0003]AZIBs
的正极材料主要有锰氧化物
、
钒氧化物
、
普鲁士蓝类似物和有机化合物等
。
其中，
α
‑
MnO2、
β
‑
MnO2、
γ
‑
MnO2、
δ
‑
MnO2、MnO、Mn3O4等锰氧化物因其丰富的晶体结构和较高的理论容量而被广泛研究
。
然而，在充放电过程中，
Mn
3+
存在
Jahn
‑
Teller
效应导致正极材料结构不稳定，致使容量衰减
、
循环寿命降低甚至产生安全问题
。
如现有技术将锰氧化物和钒氧化物联合制备得到一种
MnO2@V2O5材料，但是其在
0.1C
的倍率下，放电比容量仅为
307.6mAh g
‑1，还是存在导电性能不高
、
倍率较差
、
比容量不高的缺点
(Selvakumaran D,Pan A,Liang S,et al.A Review on Recent Developments and Challenges of Cathode Materials for Rechargeable Aqueous Zn
‑
Ion Batteries[J].Journal of Materials Chemistry A,2019,7(31):18209
‑
18236.)。
[0004]因此，急需开发一种导电性能高，倍率性能好，比容量高，且循环稳定性好的水系锌离子电池正极材料
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中正极材料导电性能不高
、
倍率较差
、
比容量不高缺陷和不足，提供一种导电性能高，倍率性能好，比容量高，且循环稳定性好的水系锌离子电池正极材料，并且其制作方法绿色环保
、
成本低廉
。
[0006]本专利技术的目的是提供一种水系锌离子电池正极材料的制备方法
。
[0007]本专利技术另一目的是提供水系锌离子电池正极材料的应用
。
[0008]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1.
将硅源和
LiAlH4混合，再加入碳粉混合均匀，焙烧，冷却，加入酸性溶液直到没有气泡溢出，后处理，得到多孔硅
P
‑
Si
；
[0011]S2.
可溶性锰盐溶液中加入碱性溶液，混合均匀，过滤，收集滤渣焙烧，得到
MnO
x
粉末；
[0012]S3.
将步骤
S1、S2
得到的多孔硅
P
‑
Si
和
MnO
x
粉末与维生素
B
12
置于水中分散，经水浴反应完全，过滤，收集滤渣焙烧，干燥，得到复合产物
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si。
[0013]本专利技术利用过期维生素
B
12
中的钴元素，再通过溶液共沉淀法制备出
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si
复合材料，并对其电化学性能进行了研究
。
维生素
B
12
不仅提供了钴源，而且同时还可以作为反应的还原剂和稳定剂，使得制得的
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si
电极材料中同时存在多价态的
Mn(3
价和4价锰同时存在
)
；而且维生素
B
12
的引入导致了
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si
中的氧缺陷，有利于多电子得失和提高充放电性能，具体原因是维生素
B
12
在高温固相反应中消耗更多的氧原子，从而使得
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si
晶体结构中产生氧缺陷，用其做电池正极材料时有利于负极的
Zn
2+
在电极材料结构中的嵌入
/
脱出
。
并且，
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si
复合材料中的
Co
可以来自于有效期或过期维生素
B
12
，前驱体的来源环境友好且成本低
。
[0014]多孔硅
(Porous silicon,P
‑
Si)
是以纳米硅原子为骨架形成的一种类似“海绵”状的结构
。P
‑
Si
因其可控的物理化学性质
、
大的比表面积，在能源
、
生物与化学传感器等领域具有巨大的应用潜力
。
同时，
P
‑
Si
丰富的孔隙结构也能有效地适应充放电过程中的体积膨胀，抵消部分内部应力，防止活性物质和结构粉化
。
不仅如此，
P
‑
Si
的多孔结构可以为金属离子在电池中的转移提供电子转移通道，可提高充放电比容量以及循环保持率；特殊的多孔结构也能增加电池活性材料的负载量
。
因此，
Co
‑
MnO
x
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【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，具体包括以下步骤：
S1.
将硅源和
LiAlH4混合，再加入碳粉混合均匀，焙烧，冷却，加入酸性溶液直到没有气泡溢出，后处理，得到多孔硅
P
‑
Si
；
S2.
可溶性锰盐溶液中加入碱性溶液，混合均匀，过滤，收集滤渣焙烧，得到
MnO
x
粉末；
S3.
将步骤
S1、S2
得到的多孔硅
P
‑
Si
和
MnO
x
粉末与维生素
B
12
置于水中分散，经水浴反应完全，过滤，收集滤渣焙烧，干燥，得到复合产物
Co
‑
MnO
x
/P
‑
Si。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，
S1
步骤中，所述硅源为白炭黑或纳米二氧化硅
。3.
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，
S2
步骤中，所述可溶性锰盐为醋酸锰或草酸锰
。4.
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，
S2
步骤中，所述碱性...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪徐春，欧阳冬冬，陈俊明，王桂玲，张雪梅，姚悅，郑胜彪，周化光，张玉洋，汤凯，朱协彬，
申请(专利权)人：安徽科技学院，
类型：发明
国别省市：