[发明专利]一种Co-MnO2正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学领域，尤其涉及一种Co‑MnOsubgt;2/subgt;正极材料及其制备方法和应用。所述方法包括：配合含钴和锰的盐溶液作为水热反应介质，将碳载体置于水热反应介质中进行水热反应，即完成对Co‑MnOsubgt;2/subgt;正极材料的制备。本发明通过一步水热法制备钴离子预嵌入的隧道结构二氧化锰正极材料，方法简单，可重复性强，可控性好；钴离子的预嵌入改变了二氧化锰隧道的构建过程，细化了隧道结构二氧化锰的纳米线尺寸，增加了纳米线的比表面积，使电极材料的容量更高，且进一步优化了隧道结构二氧化锰的结构稳定性，倍率性能和循环性能好。

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其涉及一种Co-MnO₂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

水系锌离子电池由于具有较高的能量密度与功率密度，相对较低的氧化还原电势-0.76V，倍率性能好，导电性能高，资源丰富，成本低廉，环境友好等优点，以及具有快速充放电和高功率输出特点，在实际应用中显示出巨大的潜力。

迄今为止，研究的正极材料主要包括锰氧化物、钒氧化物、磷酸盐、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物。由于锰氧化物具有高的理论容量、合适的工作电位、高天然丰度和可忽略毒性，因此被确定为正极材料的主要选择。

但是，由于锰氧化物固有的导电性差、易在电解液中溶解、易发生结构坍塌等原因，其不可逆的容量损失制约了它的进一步发展。因此，有效提高锰氧化物正极材料的结构稳定性是解决水系锌离子电池整体性能的关键。

发明内容

为解决现有的水系锌离子电池中锰氧化物正极材料隧道结构稳定性差、锌离子的嵌入脱出可逆性差，隧道结构容易导致锌离子的嵌入脱出受阻或容易在该过程中坍塌等问题，本发明提供了一种Co-MnO₂正极材料，以及该正极材料的制备方法和应用。

本发明的目的在于：

一、实现碳载体表面隧道结构二氧化锰的构建；

二、在构建形成的二氧化锰隧道中预嵌入钴离子；

三、优化隧道结构内部结构，增多电化学活性点位，提高电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种Co-MnO₂正极材料的制备方法，

所述方法包括：

配合含钴和锰的盐溶液作为水热反应介质，将碳载体置于水热反应介质中进行水热反应，即完成对Co-MnO₂正极材料的制备。

对于本发明技术方案而言，采用一步水热法具有简洁高效、可控性强等优点，能够大规模、大批量且稳定地获得性能稳定的Co-MnO₂正极材料。用调控水热反应液成分的方式，在碳布上生长钴离子预嵌入的氧化锰正极材料。此外，此法的优势还在于它操作简便，污染和实验危害小。并在此基础上，利用水热结晶技术，使得碳布上生成的氧化锰材料进一步实现纳米线状结构，使其比表面积进一步提高，储锌能力得到进一步的提升，并预嵌入钴离子，使得该正极材料具有更好的电化学性能。