[发明专利]一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，涉及水系锌离子电池领域，解决了现有的作为锰基的锌离子电池材料导电性不好、容量衰减较快，且在充放电时其结构容易崩塌且材料的导电性较差，均限制了电池的容量的问题，现提出如下方案，其包括通过分别制备含有Cu与Nb的锰基材料，并将二者混合制得电极材料。本方法与材料本身获得良好的结构，且具有较为优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池领域，尤其涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

水基锌电池是新开发出的容量大、安全性高的可充电电池，该电池由美国马里兰大学、陆军研究实验室和国家标准与技术研究院研究人员组成的研究小组，将传统的锌电池技术与水电池技术相结合研发而成，有望成为广泛使用的锂电池的理想替代品。

其通过锌离子在二氧化铝中可逆的脱出和嵌入(这一过程伴随锰的氧化和还原)，来实现电池的充放电。二氧化锰作为锌离子电池正极材料,它在地球中的储量丰富，价格低廉。但它也同样存在着一些问题,如导电性不好容量衰减较快，且在充放电时其结构容易崩塌且材料的导电性较差，均限制了电池的容量。因此提出一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，解决了现有的作为锰基的锌离子电池材料导电性不好、容量衰减较快，且在充放电时其结构容易崩塌且材料的导电性较差，均限制了电池的容量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：样品采用循环伏安电沉积法获得,制备时采用三电极体系,碳布为工作电极基底、饱和甘汞电极为参比电极、铂片为对电极对Cu掺杂的MnO₂样品进行电解；

S2：配置Mn(CH₃COO)₂·4H₂O溶液，并将C₁₀H₅NbO₂₀溶液加入配好的Mn(CH₃COO)₂·4H₂O溶液并搅拌；

S3：KMnO₄溶液加人到上述已混合均匀的溶液中,并持续搅拌,最终得到棕褐色的沉淀物；

S4：将S1中制备好的电极材料用离子水反复洗涤多次，并抽滤、在真空烘箱中烘12h，将S3沉淀物用去离子水反复洗涤多次,并抽滤、在真空烘箱中烘12h；

S5：将S4中分别干燥得到的两种锰基材料按比例混并研磨、过筛,最终得到掺杂Nb与掺杂Cu的混合二氧化锰粉体材料；

S6：根据比例将混合二氧化锰粉体材料、导电剂、黏结剂分别称取后置于称量瓶中，并加入蒸馏水搅拌至三种物质混合均匀，然后将浆料涂于不锈钢箔上，并置于真空烘箱中烘干，最后通过冲片机冲压为极片。

进一步的，所述S1中的循环伏安电沉积法中在电位范围为0.7～1.3V,扫描速度为10mV/s,段数为10段的电沉积条件下进行，以及S1中的电解液为0.12mol/L MnCl₂,0.06mol/L NaCl和0.06mol/L CuCl₂。

进一步的，所述S2中的Mn(CH₃COO)₂·4H₂O溶液为0.1mol/L，C₁₀H₅NbO₂₀溶液为0.01mol/L，且搅拌时间为40-60min。

进一步的，所述S3中的KMnO₄溶液为0.1mol/L，且S3中搅拌时长一般在4-5小时。