[发明专利]一种水系离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种环保型可充放水系离子电池正极材料及其制备方法。该正极材料的特征在于，该正极材料具有纳米或微米结构，通式为Mn_xO_y的含锰氧化物，其中0＜x≤3，0＜y≤7，所述含锰氧化物具有一维隧道结构、二维层状结构或三维网络结构，这种结构可以增加材料的比表面积，有利于水系离子的嵌入和脱出，能够有效的提高材料的性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种环保型可充放水系电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人们对能源的需求和消耗也日益增加，传统的化石能源是不可再生的，同时其燃烧引起了较严重的污染。绿色能源以及可再生能源的研究和开发引起了人们的高度重视。在大力发展太阳能、风能等可再生能源的同时，由于这些可再生能源具有间歇性和波动性等特点，如果将生产出的电能直接并入电网，将会对电网产生很大的冲击，因此需要储能和调频方可并入电网，而智能电网的运行必须依赖于储能装置。在各种储能方式中，电化学储能具有循环寿命长、功率大和能量特性灵活及运行效率高等优势。因此，世界各国都非常重视储能系统的研究和应用。

大规模的电化学储能存在多种储能器件，其中锂离子电池自商用化以来，以其高比能量、高电压等特点迅速占领了储能器件的市场，但是锂的储量是有限的，而且分布不均匀，同时锂离子电池采用的可燃性有机电解液在过充过放时存在安全隐患，此外锂离子电池的成本较高，这就抑制了其在可再生能源大规模储能电池和智能电网中的应用。铅酸电池成本低，但是深度充放电寿命较低，并且金属铅和硫酸电解液对环境的污染较大。水系离子电池具有环保无污染、安全性高和高功率等优点，电池组装简单，成本较低，对于实现可再生能源大规模储能具有重要的战略意义。

含锰的氧化物由于晶型结构独特，可形成一维、二维和三维三维离子通道，有利于水系离子的嵌入和脱出，而且制备过程简单、成本低廉、性能优异，使得其在电化学体系中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备简单、加工性能良好、成本低廉而且电化学性能良好的水系电池正极材料。

本发明涉及一种环保型可充放水系离子电池正极材料及其制备方法。该正极材料的特征在于，该正极材料为具有通式为Mn_xO_y的含锰氧化物，其中0＜x≤3，0＜y≤7，所述含锰氧化物具有一维隧道结构、二维层状结构或三维网络结构，这种结构可以增加材料的比表面积，有利于水系离子的嵌入和脱出，能够有效的提高材料的性能。

本发明的水系离子电池正极材料具有纳米或微米结构。

本发明的水系离子电池正极材料通过将锰源和氧化剂、还原剂或酸混合均匀，通过共沉淀法、水热法、氧化还原法或溶胶-凝胶法制备而成。

本发明的水系离子电池正极材料的制备方法包括：其通过将锰源和氧化剂、还原剂或酸混合均匀，通过共沉淀法、水热法、氧化还原法或溶胶-凝胶法合成，然后通过过滤，洗涤，干燥，粉碎得到。

本发明的水系离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将锰源和氧化剂、还原剂或酸以一定的化学计量比配制，混合均匀。

(2)调节pH值，充分搅拌或加热，然后进行过滤，洗涤，干燥，粉碎，得到具有一维隧道结构、二维层状结构或三维网络结构的水系离子电池正极材料。

上述的锰源为金属锰、一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、锰酸锂、硫酸锰、硫酸锰水合物、碳酸锰、碳酸锰水合物、硝酸锰、硝酸锰水合物、氯化锰、氯化锰水合物、醋酸锰、醋酸锰水合物、氢氧化锰中的一种或多种。