[发明专利]一种水系锌离子电池及正极材料

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池及正极材料，所述正极材料为四硫富瓦烯与7,7,8,8‑四氰基对苯醌二甲烷的复合物。本发明创造性的制备出四硫富瓦烯与7,7,8,8‑四氰基对苯醌二甲烷的复合物(TTF‑TCNQ)作为水系锌离子电池的正极活性材料，使水系锌离子电池具有良好的循环性能和较高的比容量。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池及正极材料。

背景技术

目前，锂离子电池以其高能量密度和长循环寿命占据了大部分市场。然而，近年来，锂离子电池的高成本和安全性问题逐渐引起了人们的关注。因此，开发一种电化学储能装置来替代锂离子电池已成为当前研究的热点。金属锌具有成本低、重量比容量(820mAhg^-1)、体积比容量(5855mAhcm^-3)、电势合适(-0.76V)、电导率高、毒性低等优点，是一种理想的负极材料。与有机电解液相比，水系电解液具备离子电导率高、功率密度高、生产条件简单和成本低等优点。因此，水性电池被认为是很有前途的替代品。在国内外研究人员的努力下，近年来水性电池取得了诸多突破，尤其是水性锌基电池。使用碱性电解液容易产生锌枝晶，钝化腐蚀，产生析氢反应。因此，使用中性或弱酸性水系电解液的水系锌离子电池受到了越来越多研究人员的关注。

但是对于水系锌离子电池正极材料的研究主要集中在无机材料，主要是锌锰电池，锌镍电池，普鲁士蓝类似物作为正极材料。它们具有广泛的和交叉的Zn²⁺迁移途径，显示出诱人的性能。但无机材料也有着明显的缺陷，比如二氧化锰在循环过程中经历了显著的相变(例如，从初始的α-、β-或γ-相到层状结构和随后的结构坍塌)，导致在高充放电电流密度下表现出非常差的稳定性，Mn²⁺溶解在电解质中以及不可逆的结构相变而具有低的循环寿命。钒基阴极的毒性和成本阻碍了其在大规模电解加工中的进一步应用。此外由于Zn²⁺在固体无机框架内扩散缓慢且无机电极材料的容量有限，很难在无机电极材料方面取得突破。与无机电极材料相比，有机电极材料或无机-有机杂化材料的应用可以获得更好的电化学效益，有效地促进二次电池的发展。并且有机分子材料由于其固有延展性和软晶格，使分子重定向满足易溶离子的要求，引起了人们对二价阳离子存储的关注。插入和分子间微弱的范德华力掩盖了库仑排斥，以减缓固态扩散，产生高比容量，结构多样性和经济友好。这些特点使有机分子成为传统无机电极材料的可持续替代品。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水系锌离子电池及正极材料，能够增大有机活性材料的电导率，使水系锌离子电池具有良好的循环性能和较高的比容量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种水系锌离子电池正极材料，所述正极材料为四硫富瓦烯与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷的复合物；所述四硫富瓦烯为式Ⅰ所示的化合物，所述7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷为式Ⅱ所示的化合物；

作为优选的技术方案，所述四硫富瓦烯与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷的质量比为1-5:1-5。

本发明还公开了一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，将四硫富瓦烯在有机溶剂中充分溶解后进行研磨；将7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷在有机溶剂中充分溶解后进行研磨；再将研磨充分的四硫富瓦烯与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷混合后再进行充分研磨；抽滤、干燥，得到四硫富瓦烯与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷的复合物。

本发明还公开了一种水系锌离子电池，所述水系锌离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极的活性材料为四硫富瓦烯与7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷的复合物；

所述四硫富瓦烯为式Ⅰ所示的化合物，所述7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷为式Ⅱ所示的化合物；