一种偶氮类有机锌离子电池、制备方法及回收方法技术

本发明专利技术公开了一种偶氮类有机锌离子电池、制备方法及回收方法。所述偶氮类有机锌离子电池的正极活性材料为偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，所述正极活性材料的负载量为5～40mg/cm2，负极为锌基材料，水系电解液中溶质为锌盐。所述回收方法包括：将正极极片放入有机溶剂中，搅拌或超声处理后过滤，滤液在真空条件下去除溶剂或待溶剂挥发后获得回收的偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，滤饼经酸处理和碳化处理后重新得到导电添加剂。本发明专利技术以可回收的偶氮苯或者官能团取代的偶氮苯作为小分子有机正极活性材料，并在高负载量的情况下实现高容量和优异循环性能，且有机材料可以通过简单的萃取法回收，解决了有机电极负载量低、缺少电池有机材料的回收的技术问题。池有机材料的回收的技术问题。池有机材料的回收的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种偶氮类有机锌离子电池、制备方法及回收方法


[0001]本专利技术属于电池
，更具体地，涉及一种偶氮类有机锌离子电池、制备方法及回收方法。

技术介绍

[0002]可充电电池推动了全球能源向可持续能源体系的发展，预计在未来几年内，对锂离子电池需求将会越来越大，但锂资源的匮乏和不断上升的价格严重阻碍了其大规模应用。近年来，各种非锂基电池得到了大量的发展。其中，水系锌离子电池因其锌阳极具有较低的氧化还原电位(
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0.76V vs.SHE)、比容量高、成本低等优势受到越来越多的关注。然而，一些过渡金属基无机电极材料(锰、钒基氧化物和普鲁士蓝类似物)在锌离子电池中往往表现出较差的循环性能以及对环境造成严重的污染。因此，我们需要寻找一种替代品来实现可持续的电池化学。
[0003]近年来，有机材料在储能领域的应用越来越受到重视，除了绿色环保，有机材料作为电极材料还具有很多优势，比如：有机材料来源广泛，合成简单且低成本；其次，有机材料常常具有柔性结构，可以支持大尺寸离子或多价离子的顺利地嵌入/脱出，有利于实现稳定的循环；此外，有机分子可以通过结构设计，实现期望的高性能有机电极材料。鉴于这些潜在的优点，在过去的几十年里，人们做出了巨大的努力，将这些具有氧化还原活性的有机材料用作电极活性材料。
[0004]值得一提的是，尽管有机电极具有较高的比容量(mAh/g)，但目前绝大多数所报道的有机电极负载量较低(低于3mg/cm2)，这导致了有机电池的面容量(mAh/cm2)较低，无法达到商业化要求(活性材料的负载量大于10mg/cm2)。更重要的是，氧化还原活性有机材料的可持续性被广泛提及，但目前仍缺少有机材料的回收报道。因此，发展一种具有高容量和可回收的有机锌离子电池对发展可持续储能电池至关重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种偶氮类有机锌离子电池、制备方法及回收方法，其目的在于以可以回收的偶氮苯或者官能团取代的偶氮苯作为小分子有机正极活性材料，并在负载量大于10mg/cm2的情况下实现高容量和优异循环性能，同时该有机材料可以通过简单的萃取法回收，由此解决有机电极负载量较低、缺少电池有机材料的回收的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种偶氮类有机锌离子电池，所述偶氮类有机锌离子电池的正极活性材料为偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，所述正极活性材料的负载量为5～40mg/cm2，所述偶氮类有机锌离子电池的负极为锌基材料，水系电解液中溶质为锌盐。
[0007]优选地，所述官能团取代的偶氮苯为卤素、硝基、甲氧基或甲基中的至少一种取代的偶氮苯。这些偶氮类有机小分子电极材料以N＝N双键为氧化还原活性位点，实现离子的
可逆存储与释放。
[0008]优选地，所述的锌基材料为锌箔、锌粉、锌板、多孔锌电极或锌合金。
[0009]优选地，所述锌盐为硫酸锌、高氯酸锌、醋酸锌、四氟硼酸锌、氟化锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、三氟甲基磺酸锌、双(三氟甲基磺酰亚胺)锌中的至少一种。
[0010]优选地，所述偶氮类有机锌离子电池为扣式电池或软包电池，优选地，所述软包电池包括单层软包电池、双层软包电池或4层软包电池。
[0011]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种偶氮类有机锌离子电池的制备方法，其特征在于，将正极活性材料、导电添加剂和粘合剂混合为浆料，涂覆到集流体上得到正极极片，其中正极活性材料为偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，正极活性材料的负载量为5～40mg/cm2，将锌基材料作为负极，将溶解有锌盐的水溶液作为电解液，组装扣式电池或软包电池。
[0012]其中，组装软包电池时，按照正极、隔膜、负极方式组装软包电池，可以堆叠组装多层软包电池，例如可以进一步组装2层和4层软包电池。
[0013]优选地，所述正极活性材料、导电添加剂和粘合剂之间的质量比为(7～9):(2～0.5):(1～0.5)。
[0014]优选地，所述导电添加剂为乙炔黑、炭黑、活性炭、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、介孔碳中的至少一种；所述粘合剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述集流体为不锈钢网、石墨纸、碳纸、碳纤维布、钛网中的至少一种。
[0015]按照本专利技术的再一个方面，提供了一种偶氮类有机锌离子电池的回收方法，其特征在于，包括：将正极极片放入装有有机溶剂的容器中，搅拌或超声处理后过滤，滤液在真空条件下去除溶剂或待溶剂挥发后获得回收的偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，滤饼依次经酸处理和500℃以上的温度处理后可以重新得到导电添加剂。
[0016]优选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、二氯甲烷、氯仿、乙腈、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、石油醚、正己烷或环己烷中的至少一种；所述酸处理中酸溶液为0.1～1moL/L的稀盐酸或者稀硫酸。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
[0018](1)本专利技术以偶氮苯或者官能团取代的偶氮苯作为小分子有机正极材料，这类偶氮类有机小分子电极材料以N＝N双键为氧化还原活性位点，实现离子的可逆存储与释放。本专利技术提供的有机锌离子电池，在高的负载量5～40mg/cm2下，还是具有高的比容量和较小的极化，例如在活性材料负载量达到24mg/cm2左右时，电池经过100多圈循环后比容量可达到150mAh/g。
[0019](2)本专利技术中严格限定官能团取代的偶氮苯中官能团的种类，官能团包括卤素、硝基、甲氧基或甲基中的一种或几种，才能实现有机锌离子电池，在高的负载量5～40mg/cm2下，还是具有高的比容量和较小的极化。
[0020](3)目前对于氧化还原活性有机材料的可持续性研究仍然缺乏，本专利技术提供了一种经济、绿色的回收方法，可以一步将有机电极材料进行回收，这为未来发展可持续电池奠定了基础。
附图说明
[0021]图1A是本专利技术实施例1中偶氮苯有机电极不同负载量下的循环性能图；图1B是本专利技术实施例1中偶氮苯有机电极不同负载量下的充放电曲线图；
[0022]图2是本专利技术实施例2中单层偶氮苯软包电池的容量和循环性能图；
[0023]图3是本专利技术实施例2中双层偶氮苯软包电池的容量和循环性能图；
[0024]图4是本专利技术实施例2中4层偶氮苯软包电池的充放电曲线图；
[0025]图5是本专利技术实施例3中偶氮苯电极在三种不同有机溶剂中的回收率；
[0026]图6A是本专利技术实施例4中4
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氯偶氮苯电极的循环性能图；图6B是本专利技术实施例4中4
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氯偶氮苯电极的充放电曲线图；
[0027]图7是本专利技术对比例1中4
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氨基偶氮苯的循环性能图；
[0028]图8是本专利技术对比例2中4
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羟基偶氮苯的循环性能图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偶氮类有机锌离子电池，其特征在于，所述偶氮类有机锌离子电池的正极活性材料为偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，所述正极活性材料的负载量为5～40mg/cm2，所述偶氮类有机锌离子电池的负极为锌基材料，水系电解液中溶质为锌盐。2.如权利要求1所述的偶氮类有机锌离子电池，其特征在于，所述官能团取代的偶氮苯为卤素、硝基、甲氧基或甲基中的至少一种取代的偶氮苯。3.如权利要求1或2所述的偶氮类有机锌离子电池，其特征在于，所述的锌基材料为锌箔、锌粉、锌板、多孔锌电极或锌合金。4.如权利要求1或2所述的偶氮类有机锌离子电池，其特征在于，所述锌盐为硫酸锌、高氯酸锌、醋酸锌、四氟硼酸锌、氟化锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、三氟甲基磺酸锌、双(三氟甲基磺酰亚胺)锌中的至少一种。5.一种偶氮类有机锌离子电池，其特征在于，所述偶氮类有机锌离子电池为扣式电池或软包电池，优选地，所述软包电池包括单层软包电池、双层软包电池或4层软包电池。6.一种权利要求1
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5任一项所述的偶氮类有机锌离子电池的制备方法，其特征在于，将正极活性材料、导电添加剂和粘合剂混合为浆料，涂覆到集流体上得到正极极片，其中正极活性材料为偶氮苯或官能团取代的偶氮苯，正极活性材料的负载量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成亮，陈远，张国群，樊坤，戴慧超，张晨阳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：