【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料领域和电化学领域，具体涉及一种锌离子电池用无粘结剂正极及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长，长期以来主导着全球储能市场。然而，潜在的安全问题、污染问题、高成本和有限的锂资源仍然是挑战。由于zn金属具有显著的理论容量(819mah g-1)，具有易于获得、运输和储存的优势，并且与有机电解质相比，水系电解质更安全、成本更低、环境更友好，水系锌离子电池(zib)成为了研究的热点。因锌金属的低氧化还原电位(-0.76v vs.she)以及优良的导电性，其可直接作为水系锌离子电池的负极使用。因此电池的整体性能主要受到正极材料的制约。考虑到zn2+离子与正极主体材料之间的强静电相互作用，关键挑战之一是探索合适的水系锌离子电池正极材料。
2、目前，已经报道的水系锌离子电池的正极材料主要有以下几类，包括锰基化合物、钒基化合物和普鲁士蓝类似物材料等。在这几种材料中，钒氧化物虽然具有较高的容量，但其导电性差和骨架脆弱导致循环稳定性差，这限制了它的发展；普鲁士蓝类似物材料具有优异的循环稳定性和较高的工作电压，但它们的容量普遍较低(50～70mah g-1)；而锰基氧化物虽然有较高的电压(～1.35v)和理论比容量(～616mah g-1)，但是锰在中性及弱酸性锌盐电解液会发生溶解以及产生严重的john-teller畸变，导致其循环稳定性较差，并且金属氧化物固有的导电性差也是一个难以解决的问题。整体上看，水系锌离子电池存在电池容量衰减快、电化学反应速度较慢、寿命短等缺点。那么如何提升水系锌离子
3、现有技术已经提出在导电衬底上直接生长锰基和钒基材料以解决上述问题。利用合成的mno2纳米片锚定的n掺杂碳纳米片阵列作为无粘合剂正极，其表现出高容量(在0.2ag-1下为303.7mah g-1)和良好的循环稳定性。或是利用水热自组装法，在碳布上生长碳纳米管(cnt)和锰基或是钒基混合结构用于水系zib，并且通过表面涂覆薄的聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)层进一步增强了性能。但是，在导电衬底上的活性材料和碳混合结构的构造仍然处于起步阶段。
4、现有技术存在以下几个问题：使用的导电衬底类型有一定限制，局限于碳布或石墨毡，然而碳布或石墨毡使用成本较高；制得的电极材料与导电衬底不能紧密接触，不能改善导电衬底与正极浆料粘合不紧密的问题；制备的锌离子电池在高电流密度(1-2a g-1)下和长期循环(100-200圈)过程中容量难以保持稳定，电池正极在充放电过程中难以维持一个稳定的结构。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足与难题，本专利技术旨在提供一种锌离子电池用无粘结剂正极及其制备方法。
2、第一方面，本专利技术提供一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，所述电池正极包括导电衬底和成型于导电衬底表面的正极浆料，包括以下步骤：
3、a、正极浆料的调配：将活性材料、导电剂、碳化物和溶剂进行混合研磨均匀，制得正极浆料；
4、b、前体电极片的制备：将a中正极浆料涂覆或喷涂在导电衬底上，干燥，裁剪，制得前体电极片；
5、c、电池正极的制备：在惰性气体氩气氛围下，将b中前体电极片在400-1000℃下，煅烧2-5h后，冷却至室温，制得无粘结剂的电池正极。
6、优选地，所述导电衬底为石墨纸或不锈钢中的一种。
7、优选地，以质量百分比计，所述正极浆料包括15-60％的碳化物、15-40％的导电剂和余量的活性材料；其中，碳化物与导电剂的比例为0.375-1.5。
8、优选地，所述活性材料为锰基材料、钒基材料和普鲁士蓝中的一种；所述导电剂为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和乙炔黑中的一种；所述碳化物为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种；所述溶剂为去离子水、超纯水、无水乙醇和乙二醇中的一种。
9、优选地，步骤a中，所述混合研磨均匀的时间为6-12h。
10、优选地，步骤b中，将所述正极浆料直接涂覆或喷涂在导电衬底的表面时，所述正极浆料的涂覆厚度为160-200μm。
11、优选地，步骤b中，干燥温度为50-80℃，且正极浆料在干燥温度50-80℃下保温0.5-1h。
12、优选地，步骤c中，将所述前体电极片在400-1000℃下煅烧2-5h前，对所述前体电极片从室温以3℃min-1-10℃min-1的升温速率升温至400-1000℃。
13、第二方面，本专利技术提供一种应用上述任一制备方法所制备的锌离子电池用无粘结剂正极。
14、第三方面，本专利技术提供如上所述的锌离子电池用无粘结剂正极在锌离子电池中的应用。
15、与现有技术相比，有益效果：
16、本专利技术从制备工艺来看，具有安全可靠、制备方法简单高效的优点。本专利技术使用的导电衬底没有局限性，可使用不锈钢或石墨纸这类成本低廉的物品。制得的电极材料能够与导电衬底紧密接触，改善了导电衬底与正极浆料粘合不紧密的问题。本专利技术所制得的锌离子电池，电池正极在充放电过程中可以维持一个稳定的结构，锌离子电池在高电流密度1-2a g-1下、长期循环100-200圈过程中容量维持了较好的稳定性。
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1.一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，所述电池正极包括导电衬底和成型于导电衬底表面的正极浆料，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：所述导电衬底为石墨纸或不锈钢中的一种。
3.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：以质量百分比计，所述正极浆料包括15-60％的碳化物、15-40％的导电剂和余量的活性材料；其中，碳化物与导电剂的比例为0.375-1.5。
4.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：所述活性材料为锰基材料、钒基材料和普鲁士蓝中的一种；所述导电剂为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和乙炔黑中的一种；所述碳化物为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种；所述溶剂为去离子水、超纯水、无水乙醇和乙二醇中的一种。
5.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述混合研磨均匀的时间为6-12h。
6.根据权利要求1所述一种锌离
7.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：步骤B中，干燥温度为50-80℃，且正极浆料在干燥温度50-80℃下保温0.5-1h。
8.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：步骤C中，将所述前体电极片在400-1000℃下煅烧2-5h前，对所述前体电极片从室温以3℃min-1-10℃min-1的升温速率升温至400-1000℃。
9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法制备的锌离子电池用无粘结剂正极。
10.如权利要求9所述的锌离子电池用无粘结剂正极在锌离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，所述电池正极包括导电衬底和成型于导电衬底表面的正极浆料，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：所述导电衬底为石墨纸或不锈钢中的一种。
3.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：以质量百分比计，所述正极浆料包括15-60％的碳化物、15-40％的导电剂和余量的活性材料；其中，碳化物与导电剂的比例为0.375-1.5。
4.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制备方法，其特征在于：所述活性材料为锰基材料、钒基材料和普鲁士蓝中的一种；所述导电剂为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和乙炔黑中的一种；所述碳化物为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种；所述溶剂为去离子水、超纯水、无水乙醇和乙二醇中的一种。
5.根据权利要求1所述一种锌离子电池用无粘结剂正极的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：瞿国兴，谢英英，樊雨龙，王清平，吴冰琪，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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