[发明专利]一种高稳定的锌碘电池及电极材料的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高稳定的锌碘电池及电极材料的制备方法和应用。电极材料包括共价有机框架化合物和活性碘，活性碘负载在共价有机框架化合物形成的孔隙结构中。制备方法为：将共价有机框架化合物与活性碘混合后，在管式炉中，进行加热处理，得到复合材料。有效的稳定了碘正极，改善了锌碘电池的电化学性能。具有较好的电化学性能，循环过程中，具有较好的容量和库伦效率保持的特性。

技术领域

本发明属于电池正极材料碘的技术领域，具体涉及一种高稳定的锌碘电池及电极材料的制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着微电子信息技术的飞速发展，数码电子产品、电动工具、电动汽车、大规模储能等需求日益增大，基于当前对绿色、高效、实用的储能材料的迫切需求，高性能大容量的二次储能可充放电电池的开发迫在眉睫。电极材料作为电池组成中决定电池储能的关键部分，开发具有高稳定、长寿命、高容量的电极材料至关重要。

水系可充锌-碘电池，由于成本低廉、安全性高等优点，被认为是下一代储能体系的有力竞争者之一，非常具备科研和实际应用价值。但是目前锌-碘电池中正极的I3-/I-离子的氧化还原反应和穿梭效应，通常会导致循环过程中容量和库伦效率逐渐降低，严重阻碍了其进一步发展应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高稳定的锌碘电池及电极材料的制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种电极材料，包括共价有机框架化合物和活性碘，活性碘负载在共价有机框架化合物形成的孔隙结构中。

共价有机框架化合物与活性碘经过适当的温度的处理之后，使得碘活性物质和共价有机框架化合物COFs之间形成化学键、氢键、范德华力中等中的一种或者多种作用力，有效的稳定了碘正极，改善了锌碘电池的电化学性能。

COFs高温碳化形成N/P/B掺杂的多孔碳和碘之间在加热到一定温度后，融合在一块，碘在高温下被吸附负载到多孔碳的骨架上，在高温的作用下，形成了较强的相互作用力，有效抑制碘扩散，稳定碘正极。

共价有机框架化合物COFs具有其他传统多孔材料如分子筛、多孔聚合物、金属有机框架材料等无法比拟的优点，像低密度、高比表面积、易于修饰改性和功能化等特征，可以提供大量的孔，使得活性碘被很好地负载。

COFs低密度、高比表面积、高孔隙率、易于修饰和功能化的优异特性，将碘活性物质稳定的囚禁在COFs骨架中，改善了碘单质易挥发的特性，且有效的束缚了碘活性物质，降低其溶解性。

在本发明的一些实施方式中，电极材料的粒径约为100～300nm。

在本发明的一些实施方式中，共价有机框架化合物为硼酸酐和硼酸酯类、三嗪类、席夫碱类以及聚酰亚胺类共价有机框架化合物中的一种或多种；优选为聚酰亚胺类共价有机框架化合物COF-LZU1或硼酸类共价有机框架化合物TP-COF-DAB。

在本发明的一些实施方式中，活性碘为碘单质、碘化锌、聚碘阴离子、碘离子、或其他经过电化学氧化/还原能够产生碘单质的物质等中的一种或几种；优选为碘单质、碘化锌。

在本发明的一些实施方式中，电极材料中活性碘的质量百分比为30-80％，优选为40～60％。

第二方面，上述电极材料的制备方法，具体步骤为：将共价有机框架化合物与活性碘混合后，在管式炉中，进行加热处理，得到复合材料。