【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水系锌基碱性电池，具体涉及到一种钴镍mof衍生的高面容量磷酸盐正极材料。
技术介绍
1、能源市场对储能系统多样化的需求，催生出不同类型的电池技术。锌基碱性电池作为众多电池技术中的一种，具有成本低、绿色环保、安全可靠等优势，可满足多种实际应用场景，如大规模电网存储等。市面上的商业锌基碱性电池主要以一次电池为主，如：锌镍电池、锌锰电池、锌银电池及锌空气电池等。电气时代的快速发展，一次电池技术已经无法满足目前的实际应用，开发可充电的二次锌基碱性电池成为必然趋势。
2、锌基碱性电池体系主要由正极材料、锌负极以及特定的电解质(一定浓度的氢氧化钾溶液)组成。zn(oh)42-/zn(-1.26v vs.she)的氧化还原电位较低、理论容量高(820mahg-1或5855mah cm-3)、锌资源市场价格相对较低以及生产工艺简单易于操作等特点让锌基碱性电池极具发展潜力。因此，寻求高容量的正极材料与锌负极匹配，组装更高能量密度的电池体系，成为目前水系锌基碱性电池领域重要的突破方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种钴镍mof衍生的高面容量磷酸盐正极材料及制备方法，并应用于水系锌基碱性电池领域。所述正极材料采用两步水热工艺，以水热所得钴镍mof为模板，再经过水热磷酸盐化工艺制备而来，制备工艺简单，具有优异的应用前景。
2、本专利技术所述的钴镍mof衍生的超高容量磷酸盐正极材料为钴镍mof上衍生的磷酸钴镍，该磷酸化工艺一方面实现了mof向磷酸盐的转变，
3、本专利技术所述的水系锌基碱性电池包括电池正极材料、负极材料和电解液。所述的正极材料为钴镍mof衍生的超高容量磷酸盐正极材料，所述的负极材料为商用锌片，所述的电解质包括一定浓度的氢氧化钾和饱和可溶性锌盐水溶液。
4、钴镍mof衍生的高面容量磷酸盐正极材料的制备方法包括如下步骤：
5、步骤一：钴镍mof的制备
6、步骤一：将镍盐、钴盐和有机配体溶于由n,n-二甲基乙酰胺、无水乙醇、去离子水构成的混合溶液中，搅拌均匀后加入三维衬底进行水热反应后，洗涤、干燥得到nico-mof前驱体；
7、步骤二：将钴盐、镍盐、磷酸盐和尿素溶于水中，待溶液搅拌均匀后，加入nico-mof前驱体，进行水热反应后，洗涤、干燥得到钴镍mof衍生的磷酸盐电极材料。
8、所述的钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴中的任意一种；所述的镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种；所述磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠中的任意一种；所述的有机配体为对苯二甲酸。
9、步骤一中，镍盐、钴盐、有机配体的摩尔比为0.5～5.6：0.5～5.6：1～4；
10、所述的n,n-二甲基乙酰胺、无水乙醇、去离子水的体积比为8-10：1-4：0.1-1。
11、所述的步骤一中水热反应温度为100℃～180℃，水热反应时间为6h～24h。本专利技术所述正极材料制备时溶液体积为高压反应釜体积的50％～90％。
12、所述的三维衬底包括亲水碳纸、泡沫镍、钛合金网或不锈钢网。
13、所述的步骤二中钴盐、镍盐、磷酸盐、尿素的摩尔比为0.1～0.9：0.1～0.9：0.5-2.4：0.01-0.05；所述溶液中尿素浓度为0.001-1m。
14、所述的步骤二中水热反应温度为100℃～200℃，水热反应时间为1～36h。本专利技术所述正极材料制备时溶液体积为高压反应釜体积的50％～90％。
15、一种水系锌基碱性电池，所述的锌基碱性电池由所述的磷酸盐正极材料、锌负极材料和电解液三部分组成。
16、所述的电解液为一氢氧化钾和饱和可溶性锌盐水溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.1-10m，可溶性锌盐水溶液包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌或氧化锌中的任意一种。
17、所述的正极材料还可以为钴镍mof、钴mof或者镍mof。
18、本专利技术所述的负极材料为锌片、锌箔或锌粉。
19、本专利技术所述的电解液包括一定浓度的氢氧化钾和饱和可溶性锌盐。
20、本专利技术所述的电解液中氢氧化钾的浓度为0.1-10m。
21、本专利技术所述的电解液中锌盐的种类包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、或醋酸锌。
22、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
23、本专利技术的钴镍mof衍生的高面容量磷酸盐正极材料是以钴镍mof为前驱体，经过水热磷酸盐化制备而来。水热磷酸盐化处理一方面实现了前驱体向钴镍磷酸盐的转变，部分继承钴镍mof多孔有序的三维开放结构，暴露更多活性位点，提高电解质离子在电极内部的扩散速度；另一方面在钴镍mof表面额外生成一部分钴镍磷酸盐，有利于进一步提升电极比容量。本专利技术首次制备获得5ma/cm2电流密度下单次充放电循环可达10000s的正极材料，表现出高面容量。该材料与锌负极、电解液组装成的锌基碱性电池体系容量高，稳定性良好，显示出令人满意的电化学性能。本专利技术公开的钴镍mof衍生的磷酸盐正极材料具有超高的容量，在15mv/s的扫速下还原峰峰值可达160ma/cm2，且随扫速增大还原峰峰值不断提升；在5ma/cm2的电流密度下单个充放电过程可达10000s，这些峰值转换的容量显著高于同一领域其他工艺制备的材料。
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1.钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴中的任意一种；所述的镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种；所述磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠中的任意一种；所述的有机配体为对苯二甲酸。
3.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，镍盐、钴盐、有机配体的摩尔比为0.5～5.6：0.5～5.6：1～4；
4.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中水热反应温度为100℃～180℃，水热反应时间为6h～24h。
5.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的三维衬底包括亲水碳纸、泡沫镍、钛合金网或不锈钢网。
6.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量
7.根据权利要求1所述的钴镍MOF衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中水热反应温度为100℃～200℃，水热反应时间为1～36h。
8.一种水系锌基碱性电池，其特征在于，所述的锌基碱性电池由权利要求1-7任一项所述方法制备得到的磷酸盐正极材料、锌负极材料和电解液三部分组成。
9.根据权利要求8所述的水系锌基碱性电池，其特征在于，所述的电解液为一氢氧化钾和饱和可溶性锌盐水溶液，其中氢氧化钾的浓度为0.1-10M，可溶性锌盐水溶液包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌或氧化锌中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.钴镍mof衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的钴镍mof衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴中的任意一种；所述的镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种；所述磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠中的任意一种；所述的有机配体为对苯二甲酸。
3.根据权利要求1所述的钴镍mof衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，镍盐、钴盐、有机配体的摩尔比为0.5～5.6：0.5～5.6：1～4；
4.根据权利要求1所述的钴镍mof衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中水热反应温度为100℃～180℃，水热反应时间为6h～24h。
5.根据权利要求1所述的钴镍mof衍生的高容量磷酸盐正极材料的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小华，马晓霖，陈挺，孙盼盼，吕晓伟，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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