[发明专利]一种锌离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

一种锌离子电池正极材料及其制备方法和应用。该制备方法包括溶剂热法或微波法，溶剂热法包括以下步骤：将锰盐、有机配体溶解于N,N‑二甲基甲酰胺溶液中，搅拌待溶液澄清，水热；抽滤、洗涤，在氩气气氛下进行煅烧，冷却至室温，得到MOFs型Mn₂O₃锌离子电池正极材料；微波法包括以下步骤：将乙酸锰、1,3,5均苯三酸溶于乙醇/水中，分别形成溶液A和溶液B；在搅拌下将溶液B倒入溶液A中，微波加热，离心，烘干后，在氩气气氛下进行煅烧，得到MOFs型Mn₂O₃锌离子电池正极材料。由上述制备方法制备得到的锌锂子电池的负极材料制备锌离子电池具有优异的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种正极材料，尤其涉及一种锌离子电池正极材料及其制备方法，属于离子电池技术领域。

背景技术

锌金属价格低廉、无毒性，是水系电池的有利负极材料，并且它具有低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-0.76V)，理论容量高(820mAhg^-1)，具有良好的水兼容性。三氧化二锰(Mn2O3)具有电化学活性，对环境友好并且相对便宜，因此正在被广泛用作各种电池的正极材料。Mn₂O₃以α-Mn₂O₃和γ-Mn₂O₃两种形式存在。其中α-Mn₂O₃较为常见。γ-Mn₂O₃在常温下不能长时间的稳定存在，会逐渐向α-Mn₂O₃发生转变。

Yang Liu等研究了Mn₂O₃/PPy复合材料在锌离子电池中的应用，在0.1Ag^-1的电流密度下能够提供255mAh g^-1的高比容量。Sinian Yang等采用简单的表面活性剂辅助溶剂热法制备了一种新型的ZnMn₂O₄/Mn₂O₃复合材料，以ZnSO₄为电解液，在0.5Ag^-1下提供82.6mAhg^-1的初始放电容量，当电流密度增加到3.2Ag^-1时，它的容量达42.1mAh g^-1。但是，Mn₂O₃存在电导率较低、易溶解于电解液等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种有较高的充放电比容量和良好的循环稳定性的锌离子电池正极材料及其制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种MOFs型Mn₂O₃锌离子电池正极材料的制备方法，该制备方法为溶剂热法，具体包括以下步骤：

将锰盐、有机配体溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌待溶液澄清后，转入水热釜130-180℃下水热反应12小时；抽滤、洗涤，在氩气气氛下进行煅烧，(自然)冷却至室温后，得到MOFs型Mn₂O₃锌离子电池正极材料。

在本发明一具体实施方式中，采用的锰盐选自硝酸锰、硫酸锰和乙酸锰中的一种或两种以上的组合。

在本发明的一具体实施方式中，采用的有机配体选自均苯四甲酸四钠盐、均苯三甲酸三钠盐、2，5-二羟基对苯二甲酸二钠盐和2，6-萘二甲酸二钠盐中的一种或两种以上的组合。

在本发明的一具体实施方式中，锰盐和有机配体的摩尔比为1:1-1.2；其中，锰盐在N,N-二甲基甲酰胺溶液中的浓度为5-10g/L。。

在本发明的一具体实施方式中，煅烧的温度为400-800℃，煅烧的时间为2-3小时，升温速率为2℃/min-5℃/min。