[发明专利]一种新型水系锌离子电池电极材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型水系锌离子电池电极材料的制备方法与应用：(1)将锰盐溶解，然后与分散剂混合并搅拌均匀，得到溶液A；(2)向溶液A中加入钠源进行反应，得到MnCO₃沉淀物；(3)将MnCO₃沉淀物离心，洗涤，干燥，煅烧，得到多孔Mn₂O₃纳米球或纳米棒颗粒；(4)将多孔Mn₂O₃纳米球或纳米棒颗粒与钠盐混合均匀，煅烧，得到水系锌离子电池电极材料。应用：将制得的电极材料用作水系锌离子电池的正极材料。本发明制备的材料具有中空立方结构特征、比表面积大、分散性好、导电性好、结构稳定等优点；且制备方法简单，成本低；将所制备的电极材料组装水系锌离子电池后，可以得到优异性能的锌离子电池，对促进锌离子电池的商业化发展具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及水系电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种新型水系锌离子电池电极材料的制备方法与应用。

背景技术

近年来，对清洁和可持续能源的需求极大地刺激了新型储能技术的研究。传统锂离子电池因其成本高，锂资源稀缺，且有机电解液存在潜在的安全隐患，限制了传统锂离子电池的发展。因此，急需开发安全性更好、成本更低廉的新型储能体系。在众多储能体系中，超级电容器和可充电锌离子电池备受关注。水系锌离子电池可以消除商用锂电池中有机电解质引起的安全问题，也可避免严苛的电池组装坏境。从有关水系锌离子电池正极材料报道看，其正极材料主要以MnO₂、Mn₃O₄及ZnMn₂O₄为主，此外还有V₂O₅、Na₃V₂(PO₄)₃、普鲁士蓝类、Co₃O₄和有机电极材料等；对比看，锰氧化物作为水系锌离子电池正极材料比其他正极材料具有更高的能量密度。

然而，目前高能量密度的锰氧化物易受到锰溶解和结构崩塌的困扰，导致其容量和循环稳定性较差。因此，亟需开发一种即具备高能力密度又具备长循环性能的水系锌离子电池电极材料。

发明内容

针对目前高能量密度的锰氧化物易受到锰溶解和结构崩塌的困扰，本发明提出了一种新型水系锌离子电池电极材料的制备方法，本发明通过在电极材料制备过程中预嵌钠离子的方式，获得了高容量可稳定循环的可充电的电极材料，将其用作水系锌离子电池的正极材料，对于促进锌离子电池的商业化发展具有十分重要的意义。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型水系锌离子电池电极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)将锰盐溶解，然后与分散剂混合并搅拌均匀，得到溶液A；

(2)向所述溶液A中加入钠源进行反应，得到MnCO₃沉淀物；

(3)将所得MnCO₃沉淀物离心，洗涤，干燥，高温煅烧，得到多孔Mn₂O₃纳米球颗粒或多孔Mn₂O₃纳米棒颗粒；

(4)将所得多孔Mn₂O₃纳米球颗粒或多孔Mn₂O₃纳米棒颗粒与钠盐混合均匀，然后继续煅烧，即可得到粒径可控的水系锌离子电池电极材料(钠锰氧化物)。

进一步的，所述新型水系锌离子电池电极材料的制备方法：步骤(1)中所述的锰盐为醋酸锰、硫酸锰、硝酸锰中任一种；所述的分散剂为乙二醇；将所述锰盐用去离子水溶解得到锰盐溶液，所述锰盐溶液与所述分散剂的体积比为2：1。

进一步的，所述新型水系锌离子电池电极材料的制备方法：所述锰盐溶液中锰离子浓度为0.5-1.0mol/L。