[发明专利]一种氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料及其制备方法与应用，包括锌离子电池正极材料和氧化铟包覆材料，氧化铟包覆材料包覆于锌离子电池正极材料的表面；其中，氧化铟包覆材料包含铟盐和聚乙烯吡咯烷酮。本发明利用氧化铟包覆锌离子电池正极材料表面，在活性材料表面形成致密均一的包覆层，减少正极材料和电解液接触，抑制了电解液与电极活性材料的反应，即降低了电解液与电极材料的界面电阻，且氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料具有良好的电子电导率，循环稳定性好，倍率性能高；其制备方简单，适用于锌离子电池正极和锌离子电池。

本发明涉及水系锌离子二次电池领域，具体涉及一种氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

近几年，随着人们对大规模高容量储能装置的需求越来越高，可再充的多价阳离子(铝离子、镁离子、钙离子和锌离子)电池受到广泛关注。在多价阳离子电池中，可充水系锌离子电池，由于锌具有低氧化还原电势(-0.76V 相对于标准氢电势)，可以同时实现电池低成本制备和安全使用。同时，水系电解质通常表现出大于1.0Scm^-1的高离子电导率(通常高于有机电解质三个数量级)，使水系锌离子电池具有潜在的优异倍率性能，在大规模储能领域中展现出了良好的应用前景，并且被认为是下一代能源存储技术中非常有前景的替代品。

水系锌离子电池中正极材料性能的好坏对锌离子电池性能有重要的影响，开发高性能的正极材料成为锌离子电池发展的关键。目前研究较多的正极材料有锰基、钒基以及类普鲁士蓝电极材料。例如，二氧化锰作为正极材料具有成本低、资源丰富、且对环境友好的优势；五氧化二钒具有较高的比容量和较好的循环性能。然而，各类锌离子电池正极材料均存在着导电性能差的共性问题，导致电池循环及倍率性能不高，这成为制约锌离子电池推广应用的瓶颈问题之一。

对材料进行包覆改性被认为是提高锌离子电池正极材料电化学性能的有效手段之一。首先，通过包覆改性可以阻止活性物质与电解液接触，抑制副反应的发生，提升正极材料的循环性能；其次，通过高电导率材料如各种碳材料的包覆可以增加正极材料电子导电率，提升材料的倍率性能。

因此，找到一种合适的包覆材料来提高正极材料的电化学性能，尤其对倍率性能和循环稳定性的改善，具有重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料及其制备方法与应用，利用氧化铟包覆锌离子电池正极材料表面，在活性材料表面形成致密均一的包覆层，减少正极材料和电解液接触，抑制了电解液与电极活性材料的反应，即降低了电解液与电极材料的界面电阻，且氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料具有良好的电子电导率，循环稳定性好，倍率性能高；其制备方简单，适用于锌离子电池正极和锌离子电池。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种氧化铟包覆的二次水系中性锌离子电池正极材料，包括锌离子电池正极材料和氧化铟包覆材料，所述氧化铟包覆材料包覆于所述锌离子电池正极材料的表面；其中，所述氧化铟包覆材料包含铟盐和聚乙烯吡咯烷酮。

优选的，所述铟盐包含氯化铟或硝酸铟。

优选的，所述铟盐中铟离子的浓度为0.0001M-0.02M。

优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮包含粘度等级不同的K-15、K-25、K-30、 K-60。

优选的，所述锌离子电池正极材料包含二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、五氧化二钒、钒酸锌、水钒钠石、磷酸钒钠、四氧化三钴。

优选的，所述锌离子电池正极材料为棒状、管状或层状材料。

优选的，所述氧化铟包覆材料的质量占所述锌离子电池正极材料质量的 1％～5％。

进一步优选的，所述氧化铟包覆材料的质量占所述锌离子电池正极材料质量的3％～5％。