[发明专利]一种正极材料、其制备方法和水系锌离子电池

说明书

本发明提供了一种正极材料、其制备方法和水系锌离子电池。该正极材料的通式为Asubgt;x/subgt;Bsubgt;y/subgt;Osubgt;8/subgt;@C，其中A选自Li、Na、Mg、Ni、Co、Fe、Cu、Zn和Y中的一种或多种，其中x为1～3，B为Ti、V、Cr、Mo、W、Zr和Hf中的一种或多种，其中y为2～3；优选正极材料的粒径为0.1～8μm，优选正极材料中C的厚度为5～10nm。上述正极材料中C对Asubgt;x/subgt;Bsubgt;y/subgt;Osubgt;8/subgt;进行包覆，Asubgt;x/subgt;Bsubgt;y/subgt;Osubgt;8/subgt;为层状结构，可以使Znsupgt;2+/supgt;在Asubgt;x/subgt;Bsubgt;y/subgt;Osubgt;8/subgt;中脱嵌；且B为具有多种价态的金属元素，在充放电过程中可以释放多个电子，使正极材料具有较高的比容量，提高了正极材料的电导率，使其具有高比容量以及稳定的长循环性能和优异的倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种正极材料、其制备方法和水系锌离子电池。

背景技术

由于锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长使用寿命以及无记忆效应，广泛应用于可穿戴式便携智能设备、电动汽车和混合动力汽车等大型储能设备中。事实上，锂离子电池的有机电解液的易燃性和锂资源的分布不均且有限带来了许多安全隐患和经济挑战，使得锂离子电池技术不太适合某些应用。与其他突出的储能技术相比，水系锌离子电池的安全性能和低成本使其有望应用于那些不太注重质量能量密度的固定式储能系统，如电网、家用能源、储能电站等。

水系锌离子电池主要具有以下优势：1、较高的对氢标准电位(-0.76V)和高的过电势；2、锌金属负极环境友好且耐腐蚀；3、水系电解液的离子电导率通常比有机体系的电解液高出两个数量级且不易燃；4、与锂离子电池相比，水系锌离子电池可以很容易地在空气环境中制造，大大降低了其整体的生产成本。另外，使用金属锌直接用作负极，具有较高的能量密度(5855mAh cm^-3)，这就意味着要寻找合适的正极材料直接搭配锌负极组成高性能的水系锌离子电池。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种正极材料、其制备方法和水系锌离子电池，以解决现有技术中水系锌离子电池倍率性能差、在充放电循环过程中比容量衰减严重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种正极材料，该正极材料的通式为A_xB_yO₈@C，其中A选自Li、Na、Mg、Ni、Co、Fe、Cu、Zn和Y中的一种或多种，其中x为1～3，B为Ti、V、Cr、Mo、W、Zr和Hf中的一种或多种，且A_xB_yO₈具有层状晶体结构，其中y为2～3；优选正极材料的粒径为0.1～8μm，优选正极材料中C的厚度为5～10nm。

进一步地，A_xB_yO₈为Zn₂Mo₃O₈、Zn₂V₃O₈、LiYMo₃O₈、CuTi₃O₈@C或LiFeMo₃O₈。