一种用于水系锌离子电池的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水系锌离子电池的正极材料及其制备方法，属于化学电源技术领域。本发明专利技术将锰源、钴源和沉淀剂尿素按一定的质量比均匀混合于水溶液中，在水热反应后得到前驱体，将前驱体于空气气氛中在特定的温度下进行焙烧，自然冷却后即得到双金属氧化物MnCo2O4。该正极材料与锌电具有高度适配性，其具有较大的表面积和丰富的孔结构，可以有效适应锌离子脱嵌。此外，本合成方法具有所需设备简单、耗能少、材料纯度高等优点且材料电化学性能优异，满足水系锌离子电池正极材料低成本绿色环保的要求。绿色环保的要求。绿色环保的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水系锌离子电池的正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于化学电源
，具体涉及到一种用于水系锌离子电池的正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池已经主导了便携式电子产品的市场，但其固有的不安全性和高成本使人们更加关注具有高安全性、稳定性和环境友好性的水性可充电电池。在多种选择中，水性锌离子电池(AZIB)是一款极具吸引力的大容量储能电源，其优点如下。首先，锌资源丰富且廉价。第二，锌金属在水和空气中通常是稳定的，具有适当的氧化还原电位，并具有较高的理论比容量。第三，水性电解质相对于有机电解质而言，成本更低，安全性和环保性更高，能提供更高的离子电导率。作为锌离子电池正极材料的锰基材料、钒基材料、普鲁士蓝同类物质等都已被广泛研究，但各种正极材料均有一些局限性。因此，开发高比容、高倍率性能、长周期寿命的正极材料仍然是水系锌离子电池商业化的关键之一。
[0003]尖晶石结构的氧化物材料具有丰富的氧化态、增强的氧化还原偶数和可逆的锌插层，因此具有尖晶石结构的钴基金属氧化物(MCo2O4,M＝Ni,Mn,Cu,Zn等)具有巨大的应用前景。其中，MnCo2O4作为一种典型的尖晶石型钴基金属氧化物，由于其超高的理论比容量和优异的倍率性能，在锂离子电池、超级电容器等电化学储能领域的应用受到了广泛的关注和研究。因此，将MnCo2O4作为锌离子电池正极材料而进行研究开发具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种用于水系锌离子电池的正极材料，所述材料为纯相MnCo2O4，立方相，属于Fd3m空间群，作为水系锌离子电池的正极材料具有明显优势。
[0007]本专利技术再一的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案，包括，
[0009]锰源、钴源以及尿素溶于水中得到混合溶液，混合溶液经水热反应、洗涤、干燥，得到前驱体，前驱体经过焙烧即得到水系锌离子电池正极材料MnCo2O4；
[0010]其中，所述锰源和钴源的摩尔比为1:2，所述锰源和钴源的总和与尿素的质量比为1：0.25～2。
[0011]作为本专利技术所述用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法一种优选方案，其中：所述锰源包括硝酸锰、乙酸锰、氯化锰、硫酸锰中的一种或多种；所述钴源包括硝酸钴、
乙酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或多种。
[0012]作为本专利技术所述用于水系锌离子电池的正极材料的一种优选方案，其中：所述水热反应，其中，反应温度为100～180℃，反应时间为5h～20h。
[0013]作为本专利技术所述用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法一种优选方案，其中：所述焙烧为在空气或氧气气氛下焙烧，其中，升温速率为1～10℃/min，烧结温度为400～700℃，烧结时间为2～6h。
[0014]作为本专利技术所述正极材料的应用一种优选方案，其中：
[0015]将所述正极材料MnCo2O4与导电炭、粘接剂均匀混合，以水和乙醇作为溶剂制成浆料，涂覆于钛箔上，干燥后压片，得到正极片；
[0016]将所述正极片应用于水系锌离子电池。
[0017]作为本专利技术所述正极材料的应用一种优选方案，其中：所述正极材料、导电炭、粘结剂的质量比为9～6:0.5～3:0.5～3。
[0018]作为本专利技术所述正极材料的应用一种优选方案，其中：所述导电炭包括Super P、乙炔黑、碳黑中的一种或多种。
[0019]作为本专利技术所述正极材料的应用一种优选方案，其中：所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、海藻酸钠中的一种或多种。
[0020]作为本专利技术所述正极材料的应用一种优选方案，其中：所述正极材料与水系锌离子电池具有高度适配性，作为正极材料得到的水系锌离子电池具有优异的循环性能和倍率性能。
[0021]本专利技术有益效果：
[0022](1)本专利技术制备得到了与水系锌离子电池具有高度适配性的正极材料MnCo2O4，首次将其应用于锌电，并展示出了优异的循环性能和倍率性能。
[0023](2)本专利技术通过优选与沉淀剂尿素的质量比、锰源和钴源和水热反应以及焙烧的温度和时间，使得材料与锌电池获得更高的适配度，有效提高了MnCo2O4的导电性以及热稳定性，获得了储锌性能的更优异的MnCo2O4电极材料。
[0024](3)本专利技术所用原材料价格低廉、设备简单，耗能少、时间短、安全性高，制得的MnCo2O4材料，满足锌离子电池正极材料高比容量、低成本、绿色环保的要求。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0026]图1为本专利技术实施例1制得的MnCo2O4材料的XRD图。
[0027]图2为本专利技术实施例1制得的MnCo2O4材料的SEM图。
[0028]图3为本专利技术实施例1制得的MnCo2O4材料的CV曲线图。
[0029]图4为本专利技术实施例1制得的MnCo2O4材料的循环曲线图。
[0030]图5为本专利技术实施例1制得的MnCo2O4材料的倍率性能图。
[0031]图6为本专利技术对比例1制得的Co3O4材料的循环曲线图。
[0032]图7为本专利技术对比例2制得的CoMn2O4材料的循环曲线图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0034]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0035]其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0036]本专利技术所用原料无特殊说明均为普通市售。
[0037]本专利技术实施例制得材料按如下方法进行电化学性能测试：
[0038]将本专利技术方法合成的正极材料、Super P和聚偏氟乙烯按照质量比70:20:10均匀混合，涂覆在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水系锌离子电池的正极材料，其特征在于：所述材料为纯相MnCo2O4，立方相，属于Fd3m空间群，作为水系锌离子电池的正极材料具有明显优势。2.一种如权利要求1所述的用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于：包括，锰源、钴源以及尿素溶于水中得到混合溶液，混合溶液经水热反应、洗涤、干燥，得到前驱体，前驱体经过焙烧即得到水系锌离子电池正极材料MnCo2O4；其中，所述锰源和钴源的摩尔比为1:2，所述锰源和钴源的总和与尿素的质量比为1：0.25～2。3.如权利要求2所述的用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于：所述锰源包括硝酸锰、乙酸锰、氯化锰、硫酸锰中的一种或多种；所述钴源包括硝酸钴、乙酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种或多种。4.如权利要求2所述的用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于：所述水热反应，其中，反应温度为100～180℃，反应时间为5h～20h。5.如权利要求2所述的用于水系锌离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于：所述焙烧为在空气或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保峰，胡莹莹，赵沛，毛益阳，张惠惠，沈军，王仁馨，王瑞琳，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：