[发明专利]一种用于水系锌离子电池铁酸盐正极的制备及其应用

说明书

本发明涉及水系锌离子电池领域，具体涉及一种用于锌离子电池铁酸盐正极的方法，其中铁酸盐是一种以三价铁进行氧化还原来实现锌离子的可逆存储，与铁酸根配位的金属阳离子可以是锌、钴、镍、铜等；该正极不会发生金属溶解和环境污染等问题。所述的制备方法涉及到低温水热结合在空气氛围中煅烧。铁酸盐作为锌离子电池正极材料，可以有效提升锌离子电池循环稳定性，在大规模绿色储能方面具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池技术领域，具体为一种水系锌离子电池用铁酸盐正极及其制备方法和应用。

背景技术

相较于使用易燃、有毒的有机电解液的锂电池，水系锌离子电池凭借电池材料的安全、绿色、成本低廉、制备工艺简单等优势有望替代现有储能技术，受到了广泛研究。目前，锌离子电池面临的主要挑战是探究可以保持结构稳定的情况下，对锌离子进行可逆存储，并且具有高容量的正极材料。

然而目前水系锌离子电池正极材料较为有限，主要集中在锰基化合物和钒基化合物。而锰基正极虽然资源丰富且成本低，但是锰元素极易容易溶解，稳定性差，循环寿命短，阻碍了其进一步的应用；钒基正极虽然有非常高的容量，但是该材料对环境污染严重，不绿色、不环保，不符合可持续发展的理念，因此本发明提出铁酸盐正极，利用铁的氧化还原能力对锌离子进行可逆存储，同时该正极不会发生金属溶解和环境污染等问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对在现阶段水系锌离子电池正极材料存在的锰金属溶解和钒金属环境污染等问题，提供一种水系锌离子电池铁酸盐正极材料及其应用。

具体地，本公开的发明方案如下所述：

(1)将配置弱还原剂和含有阳离子A的盐混合溶液，并且向所述溶液中加入铁盐形成混合体系。

(2)将步骤(1)得到的溶液置于反应釜中，在120-180℃温度下加热8-12h，之后冷却室温，离心清洗。

(3)将步骤(2)得到前驱体置于马弗炉中，在150-240℃温度下加热8-12h，得到铁酸盐。

优选地，在步骤(1)中，所述弱还原剂可以为柠檬酸、草酸、抗坏血酸、甲醛的至少一种。溶剂为甘油、乙醇、异丙醇中的至少一种。

优选地，在步骤(1)中，所述阳离子A的盐可以为钴、镍、锌、铜的任意一种，浓度为2-3mol/L。

优选地，在步骤(1)中，所述铁盐可以是硝酸铁或者氯化铁的任意一种。与阳离子A盐的摩尔比约为1：2-1：2.8

优选地，在步骤(2)中，溶剂热温度为150℃，保温时间为10h；

优选地，在步骤(3)中，煅烧温度为200℃，保温时间为8h。

将得到的铁酸盐和PTFE、炭黑按照质量比8：1：1涂敷在钛箔上制成正极，组装水系锌离子电池。

所述普通锌离子电池电解液的电解质可以是硫酸锌、氯化锌或三氟甲磺酸锌中的一种或多种。

本发明所采用锌离子电池负极为金属锌。

本发明提供了一种基于铁酸盐正极的水系锌离子电池，铁酸盐正极储锌活性中心为三价铁，通过铁的氧化还原可以实现锌离子的存储，进而实现相应的比容量。涉及的金属阳离子A可以是多种的。同时这种绿色无污染的正极不会涉及溶解问题，有利于提升锌离子电池稳定性所。本发明的优点是拓展了水系锌离子电池的选择性，比容量超过150mAh/g，有望成为下一代长循环、绿色环保、可持续发展的电极材料。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。