[发明专利]一种水系锌离子电池正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种新型水系锌离子电池正极材料的制备方法及其应用，包括，将锌盐、锰盐和蔗糖加入溶剂中均匀混合，在水浴条件下进行磁力搅拌，形成溶胶；将所得溶胶转移到鼓风干燥箱中膨化，得到烧结前驱体；将蓬松状前驱体在气氛下烧结；经过冷却、研磨得到用于锌离子电池正极材料ZnMnO₃。该方法材料来源较广且原料价格低廉、产品纯度高、节能省时，产量高，满足水系锌离子电池正极材料低成本绿色环保的要求；且制备的ZnMnO₃材料应用于水系锌离子电池正极材料，并具有较为良好的初始比容量，以及优异倍率性能以及循环稳定性。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着环境污染和化石燃料消耗的日益加剧，人们加快了寻求绿色能源的步伐。一些可再生清洁能源，如风能、太阳能、潮夕能等有望取代传统的化石能源，但是这些可再生清洁能源也有分布不均匀、不能随时利用等缺点。因此需要和一些储能设备进行结合，从而有效地利用这些能源。目前的储能方式主要有机械类储能、电化学储能、热储能、电气类储能和化学储能。与其他储能方式比较，电化学储能具有转化效率高，应用灵活，投资较少等优点，最符合能源发展的需求。

目前，铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池是发展比较成熟的电化学储能方式。其中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应等优点，得到了广泛使用和好评。虽然锂离子电池具有很多优点，但是，锂资源的储量是有限的，而且是分布不均的，近年来锂的价格也在逐渐攀升，以及锂离子电池所采用的有机电解质也存在着潜在的安全隐患，使得锂离子电池在大型能量储存设备的应用方面受到了限制。为了寻找合适的储能替代技术，钠离子电池和钾离子电池相应的得到了研究与发展，但是它们的原材料价格较高，而且电池的组装条件要求比较严格(在无水、无氧的条件下)，使得它们的成本较高。

最近，可充电水系离子电池(如镁、铝、锌等)因成本低、相对安全、环境友好等优势日益受到人们的关注。并且水系离子电池采用的是水溶液电解质，水溶液电解质的离子电导率与有机电解质相比要高2～3个数量级，使得它们具有较高的倍率能力，可满足进一步的实际应用。

在诸多水系离子电池中，锌金属因具有资源丰富、价格低廉、环境友好、理论容量和体积容量高、在水溶液中相对稳定等优势而受到广泛的研究。这种价格低廉，材料丰富，相对安全的水系锌离子电池也是非常符合大规模储能系统的要求的。基于以上种种优势，近年来许多科研工作者在水系锌离子电池的探索上做了大量的工作，促使水系锌离子电池的研究得到了飞速的发展。目前锌离子电池的研究主要集中在正极材料、负极材料、隔膜、电解质这几个方面，其中正极材料不仅是决定电池性能的关键，也是阻碍锌离子电池实际应用的关键。一些单金属锰基氧化物如(MnO，MnO₂，Mn₂O₃，Mn₃O₄)已经作为水系锌离子电池正极材料被大量研究。

然而，对于单金属氧化物来说，还存在着电导率较低，以及在充放电过程中存在锰的溶解和结构的崩塌从而导致其循环稳定性差的问题。因此寻找合适的水系锌离子正极材料仍然是严峻的挑战，开发长寿命、高比容量、高循环稳定性、高安全性、制备过程工艺简单且绿色环保的正极材料是当今水系锌离子电池发展的重中之重。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种水系锌离子电池正极材料。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括，