一种电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种电极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括步骤：将硫酸盐溶于去离子水中，加入柠檬酸钾、铁氰化钾，搅拌均匀后的到混合液；将预处理后的碳布基底浸泡于混合液内，静置，后取出碳布基底洗涤、烘干，即得到普鲁士蓝类似物电极材料。本发明专利技术将正极材料普鲁士蓝类似物材料运用于锌负极领域，结构稳定，所得到的材料可以储存一定量的离子，诱导锌金属的定向均匀沉积，适用于大小电流密度下的电化学测试，可以提升锌离子电池的库伦效率，具有较高的可逆性和循环性。具有较高的可逆性和循环性。具有较高的可逆性和循环性。

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料与电化学
，具体而言，涉及一种电极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池资源丰富、理论容量高(820mAh g
‑1)，具有较低的电化学电势(
‑
0.76V vs SHE)，被认为是锂离子电池的替代品。然而，由于电化学反应过程中大量副产物的产生、锌金属不均匀沉积造成的枝晶生长、氢析出造成的体积膨胀、死锌形成等问题的阻碍，大量锌金属浪费，电池的电子利用率低下，因而，高可逆稳定性好的锌负极材料的发展仍面临巨大的挑战。
[0003]普鲁士蓝(PBAs)其化学式为A
X
M[M
′
(CN)6]1‑
y
γ
y
·
wH2O，又称为六氰基铁酸盐，易于合成，成本低廉，虽然它的循环寿命和能量密度并不突出，但在平均循环寿命、极低的成本和出色的功率密度上表现良好，一直被认为是碱金属离子电池很有前途的正极材料，由于其强大的三维开放框架结构、较大的间隙位置以及存在的氧化还原电对，可以允许插入各种离子(H
+
、Mg
2+
、Li
+
、Zn
2+
等)而不扭曲，稳定性极好。
[0004]因此，如何利用普鲁士蓝类似物设计具有界面调控作用的锌负极电池材料，实现离子的储存以及金属的均匀沉积，从而提升金属电子的利用率，改善其库伦效率，是目前亟待解决的问题。
专利技术内容
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种电极材料及其制备方法与应用，以解决现有锌离子电池枝晶生长、氢析出、死锌形成等副反应，大量锌金属的浪费，电子利用率不高，库伦效率低下的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将硫酸盐溶于去离子水中，加入柠檬酸钾、铁氰化钾，搅拌均匀后的到混合液；
[0009]S2、将预处理后的碳布基底浸泡于所述混合液内，静置，后取出碳布基底洗涤、烘干，即得到普鲁士蓝类似物电极材料。
[0010]按上述方案，步骤S1中，所述硫酸盐、所述柠檬酸钾、所述铁氰化钾的物质的量的比为(15
‑
25)：(75
‑
85)：(8
‑
12)。
[0011]按上述方案，所述硫酸盐包括七水合硫酸锌盐。
[0012]按上述方案，步骤S1中，所述搅拌时间为5
‑
10min。
[0013]按上述方案，步骤S2中，所述静置的时间为1.5
‑
14h。
[0014]按上述方案，步骤S2中，所述烘干的温度为40
‑
60℃、时间为8
‑
12h。
[0015]在上述方案基础上，本专利技术第二目的在于提供一种电极材料，采用上述所述的电极材料的制备方法制得。
[0016]按上述方案，普鲁士蓝类似物电极材料包括碳布基底以及原位生长在所述碳布基底上的普鲁士蓝类似物，所述普鲁士蓝类似物为三维纳米立方结构。
[0017]在上述方案基础上，本专利技术第三目的在于提供电极材料作为负极材料在水系锌离子电池领域的应用。
[0018]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0019](1)本专利技术提供的普鲁士蓝类似物电极材料，将正极材料普鲁士蓝运用于锌负极领域，所得到的材料可以储存一定量的离子，诱导锌金属的定向均匀沉积，适用于大小电流密度下的电化学测试，可以提升锌离子电池的库伦效率，具有较高的可逆性和循环性。
[0020](2)本专利技术提供的制备方法简单，原料廉价易得，适合大规模生产，能够市场化推广。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术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一些简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物材料的SEM图；
[0023]图2(a)(b)分别为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物材料的TEM和mapping图；
[0024]图3为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物材料的FTIR图；
[0025]图4为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物电极材料和裸碳布基底材料分别作为负极组装的扣式半电池的库伦效率性能图；
[0026]图5为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物电极材料和裸碳布基底材料分别作为负极组装的扣式半电池的充放电后的SEM图；
[0027]图6为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物电极材料和裸碳布基底材料分别作为负极组装的扣式半电池的充放电曲线图；
[0028]图7为本专利技术实施例所述普鲁士蓝类似物电极材料和裸碳布基底材料分别作为负极组装的扣式半电池的循环性能图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例作详细的说明。
[0030]应当说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0031]本实施例的“在...范围内”包括两端的端值，如“在1至100范围内”，包括1与100两端数值。
[0032]本专利技术实施例提供了一种电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0033]S1、将硫酸盐溶于去离子水中，加入柠檬酸钾、铁氰化钾，搅拌均匀后的到混合液；
[0034]S2、将预处理后的碳布基底浸泡于混合液内，静置，后取出碳布基底洗涤、烘干，即得到普鲁士蓝类似物电极材料。
[0035]可以理解的是，普鲁士蓝为常见的正极材料，具有最为简单的合成路线、可逆的离子插入、高安全性和低毒性；其离子的可逆插入，能够实现锌离子和氢离子在其框架结构中的可逆存在，从而减少电子的损失，提升库伦效率。还有人提出，锌铁普鲁士蓝(ZnHCF)在立方八面体的形态下，可能有更好的Zn
2+
扩散，可以有效的调控锌离子的沉积方向，减少枝晶的形成。
[0036]由此，本实施例创造性地将普鲁士蓝类似物材料与碳布基底结合组成一个组合电极，将正极材料普鲁士蓝运用于锌负极材料，以调控锌离子的扩散与沉积，可逆的储存锌离子和氢离子，减少电子的损耗，从而提升在水系锌离子电池中的电化学性能。
[0037]具体地，步骤S1中，硫酸盐、柠檬酸钾、铁氰化钾的物质的量的比为(15
‑
25)：(75
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将硫酸盐溶于去离子水中，加入柠檬酸钾、铁氰化钾，搅拌均匀后的到混合液；S2、将预处理后的碳布基底浸泡于所述混合液内，静置，后取出碳布基底洗涤、烘干，即得到普鲁士蓝类似物电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述硫酸盐、所述柠檬酸钾、所述铁氰化钾的物质的量的比为(15
‑
25)：(75
‑
85)：(8
‑
12)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐包括七水合硫酸锌盐。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌时间为5
‑
10min。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗雯，邓丹，麦立强，傅凯，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：