一种用于锌离子电池的钌取代掺杂二氧化锰正极材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于锌离子电池的钌取代掺杂二氧化锰正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料具有以下化学组成：K<subgt;x</subgt;Mn<subgt;1‑y</subgt;Ru<subgt;y</subgt;O<subgt;2</subgt;·zH<subgt;2</subgt;O(0.2≤x≤0.5，0.01≤y≤0.2，0≤z≤0.5)。本发明专利技术采用过渡金属钌对二氧化锰正极材料进行原子级取代掺杂，利用过渡金属钌取代[MnO<subgt;6</subgt;]八面体中的Mn<supgt;4+</supgt;并形成Ru‑O化合键，调控二氧化锰的电子结构、晶体结构，增强其电子导电性及结构稳定性。本发明专利技术的钌取代掺杂二氧化锰正极材料在电化学性能测试中展现出提升的倍率性能以及优异的循环稳定性，是较为理想的锌离子电池正极材料。此外，该材料的制备过程方法简单、重复性好、产量高，适于大规模生产和实际应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能，具体涉及一种用于锌离子电池的钌取代掺杂二氧化锰正极材料及制备方法和应用。

技术介绍

1、在电化学储能领域，水系锌离子二次电池因其高安全性、环境友好性及低成本等优势，被视为大规模储能系统的理想候选之一。然而，锌离子电池的实际应用受限于正极材料的性能瓶颈。一方面，zn2+与正极材料间的强静电相互作用导致离子扩散动力学迟缓。另一方面，现有正极材料(如锰基、钒基、普鲁士蓝类似物)普遍存在循环寿命短(<1000次循环)、比容量低(<200mah/g)等问题，严重制约了锌离子电池的能量密度与实用性。

2、二氧化锰因其高理论比容量(308mah/g)、丰富的可调控晶体结构(如层状、隧道型)及环境友好性，成为锌离子电池正极材料的研究热点。然而，二氧化锰的本征缺陷导致其电化学性能远未达理论预期。首先，二氧化锰的宽带隙特性(eg≈0.3ev)导致其本征电导率低(～10-5s/cm)，限制了电极内部电子的传输速率，同时zn2+在二氧化锰晶体中的扩散能垒高、离子迁移阻力大，导致倍率性能不理想。其次，在充放电过程中，mn3+的jah本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于锌离子电池的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料化学式为KxMn1-yRuyO2·zH2O，其中0.2≤x≤0.5，0.01≤y≤0.2，0≤z≤0.5。

2.根据权利要求1所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料由过渡金属钌掺杂进入二氧化锰晶格而成，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料为微米颗粒，所述微米颗粒的粒径为0.5-10μm。

3.根据权利要求2所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料中，使用过渡金属钌对二氧化锰正极材料进行原子级取代掺杂改性...

【技术特征摘要】

1.一种用于锌离子电池的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料化学式为kxmn1-yruyo2·zh2o，其中0.2≤x≤0.5，0.01≤y≤0.2，0≤z≤0.5。

2.根据权利要求1所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料由过渡金属钌掺杂进入二氧化锰晶格而成，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料为微米颗粒，所述微米颗粒的粒径为0.5-10μm。

3.根据权利要求2所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料中，使用过渡金属钌对二氧化锰正极材料进行原子级取代掺杂改性，过渡金属钌取代[mno6]八面体中的mn4+并形成ru-o键。

4.根据权利要求2所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料，其特征在于，所述钌取代掺杂二氧化锰正极材料中，钌取代二氧化锰晶格中1％～20％的锰位点，二氧化锰晶格中mn-o键长变化范围为±0.5％以内。

5.一种权利要求1～4任一项所述的钌取代掺杂二氧化锰正极材料的制备方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：董留兵，李许，梁健锋，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：