正极活性材料及其制备方法、复合正极和水系锌离子电池技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、复合正极和水系锌离子电池。本发明专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：将第一有机化合物和第二有机化合物混合，经脱水缩合反应，得到所述正极活性材料；所述第一有机化合物包括氨基醌类化合物；所述第二有机化合物的官能团包括羰基。由本发明专利技术提供的正极活性材料制备得到的水系锌离子电池具有较高的比容量。的水系锌离子电池具有较高的比容量。的水系锌离子电池具有较高的比容量。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、复合正极和水系锌离子电池


[0001]本专利技术属于锌离子电池
，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、复合正极和水系锌离子电池。

技术介绍

[0002]由于传统化石燃料的使用，环境污染问题日益严重，人们对于清洁能源的需求日益迫切，电能储存是一种成熟的储存清洁能源的方法。目前，锂离子电池被广泛应用于便携式电子产品、生物医学设备以及新一代电动汽车中。然而，受制于锂离子电池的安全性、高成本和锂资源有限等问题，迫切需要开发新的储能设备来替代锂离子电池。
[0003]水系锌离子电池利用地球上资源丰富的锌金属作为负极，并且采用具有高离子电导率的水系电解液，有着高安全性、环保性、高能量密度和高库仑效率的优点，成为能源研究的热点。而正极材料的选择对于实现水系锌离子电池的高比容量和长循环寿命起着至关重要的作用。
[0004]传统的正极材料主要为无机电极材料，包括锰基氧化物、钒基衍生物或普鲁士蓝类似物。无机电极材料具有高容量、高能量密度、高功率密度等优点，但由于资源短缺、环境污染、合成工艺复杂、能耗高等问题，限制了电池性能的进一步提高。此外，在充放电循环过程中，水合Zn
2+
和H
+
的不断嵌入/脱出往往会导致无机材料的结构发生坍塌，降低了电池的循环稳定性。
[0005]近年来，一些具有氧化还原活性的有机化合物，例如含有共轭羰基的小分子醌基化合物，由于具有柔性骨架，可以有效地缓冲水合Zn
2+
和H
+
嵌入/脱出引起的体积变化并表现出良好的循环稳定性。但是目前由小分子醌基化合物制备得到的锌离子电池依然存在比容量较低的缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法、复合正极和水系锌离子电池，由本专利技术提供的正极活性材料制备得到的水系锌离子电池具有较高的比容量。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将第一有机化合物和第二有机化合物混合，经脱水缩合反应，得到所述正极活性材料；
[0010]所述第一有机化合物包括氨基醌类化合物；
[0011]所述第二有机化合物的官能团包括羰基。
[0012]优选的，所述氨基醌类化合物包括1,2
‑
二氨基蒽醌、1,2
‑
二氨基萘醌、2
‑
氨基
‑
1,4
‑
萘醌、2,3,5,6
‑
四(氨基)对苯醌、2
‑
氨基蒽醌、2,6
‑
二氨基蒽醌、1
‑
氨基蒽醌
‑2‑
羧酸、1
‑
羟基
‑4‑
氨基蒽醌和1,5
‑
二羟基
‑
4,8
‑
二氨基蒽醌中的一种或几种。
[0013]优选的，所述第二有机化合物包括醌类化合物和/或酮类化合物。
[0014]优选的，所述醌类化合物包括2,5
‑
二羟基
‑
1,4苯醌、四羟基
‑
1,4苯醌、2,5
‑
二羟基
‑
3,6
‑
二氯苯醌、蒽醌和菲醌中一种或几种；
[0015]所述酮类化合物包括环己六酮、环戊五酮、3,4
‑
二羟基
‑3‑
环丁烯
‑
1,2
‑
二酮、4,5
‑
二羟基
‑4‑
环戊烯
‑
1,2,3
‑
三酮中的一种或几种。
[0016]优选的，所述第一有机化合物和第二有机化合物的摩尔比为1～6：1～4。
[0017]优选的，所述脱水缩合反应的温度为100～200℃，升温至所述脱水缩合反应温度的升温速率为1～5℃/min，时间为2～8h。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的正极活性材料。
[0019]本专利技术还提供了一种复合正极，包括集流体和负载在所述集流体上的正极材料；所述正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料为上述技术方案所述的正极活性材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的正极活性材料。
[0020]优选的，所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为(3～9)：(0.5～6)：(0.5～1)。
[0021]本专利技术还提供了一种水系锌离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极为上述技术方案所述的复合正极。
[0022]本专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：将第一有机化合物和第二有机化合物混合，经脱水缩合反应，得到所述正极活性材料；所述第一有机化合物包括氨基醌类化合物；所述第二有机化合物的官能团包括羰基。本专利技术利用氨基醌类化合物中的
‑
NH2和第二化合物中的羰基发生脱水缩合生成C＝N，使得本专利技术得到的正极活性材料上含有C＝O和C＝N两种活性位点，提高了正极活性材料的储锌位点密度，进而提高了水系锌离子电池的比容量。
附图说明
[0023]图1为实施例1得到的正极活性材料的红外光谱图；
[0024]图2为实施例1得到的水系锌离子电池在电压范围为0.2～1.7V、电流密度为50mA/g下的充放电曲线；
[0025]图3为实施例1得到的水系锌离子电池在电压范围为0.2～1.5V、电流密度为50mA/g下的充放电曲线；
[0026]图4为实施例2得到的水系锌离子电池在电压范围为0.2～1.5V、电流密度为50mA/g下的循环曲线；
[0027]图5为实施例3得到的水系锌离子电池在电压范围为0.2～1.5V、电流密度为50mA/g下的循环曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将第一有机化合物和第二有机化合物混合，经脱水缩合反应，得到所述正极活性材料；
[0030]所述第一有机化合物包括氨基醌类化合物；
[0031]所述第二有机化合物的官能团包括羰基。
[0032]在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0033]在本专利技术中，所述氨基醌类化合物优选包括1,2
‑
二氨基蒽醌、1,2
‑
二氨基萘醌、2
‑
氨基
‑
1,4
‑
萘醌、2,3,5,6
‑
四(氨基)对苯醌、2
‑
氨基蒽醌、2,6
‑
二氨基蒽醌、1
‑
氨基蒽醌
‑2‑
羧酸、1
‑
羟基
‑4‑
氨基蒽醌和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一有机化合物和第二有机化合物混合，经脱水缩合反应，得到所述正极活性材料；所述第一有机化合物包括氨基醌类化合物；所述第二有机化合物的官能团包括羰基。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨基醌类化合物包括1,2
‑
二氨基蒽醌、1,2
‑
二氨基萘醌、2
‑
氨基
‑
1,4
‑
萘醌、2,3,5,6
‑
四(氨基)对苯醌、2
‑
氨基蒽醌、2,6
‑
二氨基蒽醌、1
‑
氨基蒽醌
‑2‑
羧酸、1
‑
羟基
‑4‑
氨基蒽醌和1,5
‑
二羟基
‑
4,8
‑
二氨基蒽醌中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二有机化合物包括醌类化合物和/或酮类化合物。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述醌类化合物包括2,5
‑
二羟基
‑
1,4苯醌、四羟基
‑
1,4苯醌、2,5
‑
二羟基
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，黄露露，谷天天，李佳豪，李欢欢，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：