[发明专利]一种锌离子电池及其MnO2/C正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锌离子电池领域，涉及了一种锌离子电池及其MnO₂/C正极材料的制备方法。该锌离子电池由正极、负极、隔膜及其电解液组成。负极材料以锌元素为主，电解液是以可溶性锌盐及微量的锰盐为溶质、水为溶剂，正极材料为MnO₂/C。该制备方法先利用共沉淀法制备MnCO₃前驱体，后经过混合煅烧制得尖晶石结构的MnO₂/C微米球。本发明方法得到的MnO₂/C微米球分散效果好，团聚现象和导电性得到了明显改善，提高了电池的循环稳定性、倍率性和安全性能，在便携式电子产品及动力产品等领域有着十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锌离子电池领域，涉及了一种锌离子电池及其MnO₂/C正极材料的制备方法。

背景技术

近些年来，随着经济的发展和人们对石油、煤炭、天然气等资源的过度开采和利用，已经导致了不可再生资源的日渐枯竭和环境污染。能源和环境已经成为阻碍当今世界可持续发展的难题。因此，寻找替代传统化石燃料的绿色能源和谋求人与环境的和谐发展显得尤为迫切。由于锌离子电池因其二价金属可以增加电池体系的放电比容量，也因其具有小体积、低成本、水性电解质、绿色无污染等优点，所以使锌离子电池被广泛关注。锌离子电池由正极、负极、电解液和隔膜组成，正极为可以嵌入锌离子的活性材料，负极是锌片或锌粉，电解液以水系电解液为主，隔膜用来防止正负极的直接接触而发生短路。

MnO₂作为锌离子电池正极材料具有高功率密度和高能量密度的特点，且库伦效率接近100%。另外，锰元素自然储量丰富、绿色环保，用作锌离子电池电极材料具有巨大的潜力。但是MnO₂依然存在电子导电性差和Zn⁺在嵌入脱出过程发生体积膨胀两个问题，这阻碍了其在离子电池中的实际应用。为了解决这两个问题，碳包覆是一种非常有效地途径。均匀的碳包覆可以有效提高材料的电子导电性，有效缓解Zn⁺嵌入脱出过程发生的体积膨胀，从而提高材料的循环稳定性和倍率性能。

专利公布号CN 105070901 A发明了一种锌锂锰水系二次电池，但正极材料氧化锰锂的导电性和嵌入脱出发生的体积变化并没有得到解决，从而导致较差的循环稳定性和倍率性能。专利公布号CN 105375019 A公开了一种锌离子电池正极材料ZnMn_2xCo_xO₄，颗粒团聚现象得到改善，但材料的导电性依然没有解决，循环稳定性较差，不能用于实际生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有锌离子电池正极材料存在比容量低、循环稳定性和倍率性差的缺点，提供一种可充电锌离子电池及其正极材料的制备方法。

为实现此目的，本发明所采用的技术方案如下：

1.一种可充电锌离子电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，负极材料以锌元素为主，电解液是以可溶性锌盐及微量的锰盐为溶质、水为溶剂，隔膜为浆层纸、Ni-Zn隔膜、磺化隔膜和无尘纸，正极材料为MnO₂/C。

上述步骤1中所述的负极材料为锌片或者锌粉，正极材料为为MnO₂/C。

上述步骤1中所述的电解液为0.5 ~5mol/L的可溶性锌盐及0.02 ~0.2mol/L的锰盐，溶剂为水。

上述步骤1中所述的可溶性锌盐可以是硫酸锌、硝酸锌、氯化锌及三氟甲烷磺酸锌，锰盐可以是硫酸锰、硝酸锰、氯化锰及三氟甲烷磺酸锰。

上述步骤1中所述的电解液中微量的锰盐可以有效提高锌离子电池的循环稳定性。

上述步骤1中所述的隔膜为浆层纸、Ni-Zn隔膜、磺化隔膜和无尘纸中的一种或几种，可有效防止负极枝晶的刺穿。