一种水系锌离子电池正极材料及制备方法和应用技术

技术编号：40649206 阅读：13 留言：0更新日期：2024-03-13 21:27

本发明专利技术提供了一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和应用，属于水系锌离子电池技术领域。本发明专利技术提供的水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将少层Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;2</subgt;Se纳米片与导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到浆料；所述少层Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;2</subgt;Se纳米片的层数为3～10层，每个少层Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;2</subgt;Se纳米片的厚度为3～5nm；将得到的浆料涂覆在集流体表面然后进行干燥，得到水系锌离子电池正极材料。将本发明专利技术制备的水系锌离子电池正极材料用于制备水系锌离子电池，制备的水系锌离子电池具有高比容量、良好倍率性能和长循环寿命。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水系锌离子电池，尤其涉及一种水系锌离子电池正极材料及制备方法和应用。

技术介绍

1、近年来，全球能源形势日益紧张，温室效应和空气污染等环境问题日益严重，加上新能源汽车的蓬勃发展，使得人们迫切地想要开发出更加高效稳定的储能系统。现有的锂离子电池存在着一些不可忽视的缺点，例如锂资源短缺以及原材料地理分布不均匀等问题导致锂离子电池的成本较高。此外，其使用的有机电解质有毒、易燃等问题也容易导致严重的安全问题。这就迫使人们寻找锂离子电池的替代品。锌在自然界储量丰富，而且水系锌离子电池具有高安全性、低成本以及环境友好的特点，这极大的激发了研究者对水系锌离子电池的研究热情。

2、在对锌离子电池的研究中，人们研究的重点是能够实现高度可逆的锌离子嵌入/脱嵌的正极材料，这是因为水系锌离子电池良好的电化学性能取决于正极材料结构的完整性和稳定性。二维层状材料因为其固有的层间距，非常适合锌离子进行嵌入与脱嵌，在水系锌离子电池中拥有巨大的应用潜力。金属硫族化合物作为典型的二维层状材料，因其具有类似于石墨烯层状的结构和高比容量以及元素丰度，近些年来被广泛应用于水系锌离子电池。但是用于水系锌离子电池的金属硫族化合物大多局限于二元层状化合物，并且或多或少存在容量低、倍率性能和循环稳定性差的缺陷。例如ting xiong等人[nano-microletters 2020,12(1),8]合成了bi2s3纳米颗粒用于水系锌离子电池，但是其比容量低于200mah·g-1。zeyi wu等人[small 2020,16(35),2000698]

3、因此，提供一种能够在高比容量、良好倍率性能和长循环寿命之间实现电化学性能良好平衡的水系锌离子电池正极材料成为本领域亟需解决的难题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种水系锌离子电池正极材料及制备方法和应用，将本专利技术制备的水系锌离子电池正极材料用于制备水系锌离子电池，制备的水系锌离子电池具有高比容量、良好倍率性能和长循环寿命。

2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：

3、本专利技术提供了一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将少层bi2te2se纳米片与导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到浆料；所述少层bi2te2se纳米片的层数为3～10层，每个少层bi2te2se纳米片的厚度为3～5nm；

5、(2)将步骤(1)得到的浆料涂覆在集流体表面后进行干燥，得到水系锌离子电池正极材料。

6、优选地，所述步骤(1)中的少层bi2te2se纳米片的片层长度为500nm～5μm。

7、优选地，所述步骤(1)中少层bi2te2se纳米片的制备方法包括：将多层bi2te2se粉末与插层剂和溶剂混合后依次进行超声处理、真空抽滤、清洗和干燥，得到少层bi2te2se纳米片。

8、优选地，所述多层bi2te2se粉末的质量与插层剂的体积和溶剂的体积之比为：0.2g：(0.1～0.3)ml：(20～60)ml。

9、优选地，所述超声处理的功率为200～300w，所述超声处理的时间为60～180min。

10、优选地，所述干燥的温度为50～70℃，所述干燥的时间为5～7h。

11、优选地，所述步骤(1)中少层bi2te2se纳米片的质量、导电剂的质量和粘结剂的质量之比为：(6～8)：(1～2)：(1～2)。

12、优选地，所述步骤(2)中浆料中的少层bi2te2se纳米片在集流体表面的载量为0.5～1.5mg·cm-2。

13、本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的水系锌离子电池正极材料。

14、本专利技术还提供了上述技术方案所述的水系锌离子电池正极材料在水系锌离子电池中的应用。

15、本专利技术提供了一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：将少层bi2te2se纳米片与导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到浆料；所述少层bi2te2se纳米片的层数为3～10层，每个少层bi2te2se纳米片的厚度为3～5nm；将得到的浆料涂覆在集流体表面然后进行干燥，得到水系锌离子电池正极材料。本专利技术使用的少层bi2te2se纳米片具有超薄层状结构，这种超薄层状结构有效地减少了离子扩散距离，而且层与层之间存在的特征间隙为锌离子存储提供了足够的空间，有利于提高电池比容量；并且，少层bi2te2se纳米片具有稳定的晶体结构，能够在长期充放电过程中保持结构的完整性，不会出现结构坍塌和层状结构的破环，有利于为电池提供长循环寿命；另外，少层bi2te2se纳米片不仅具有优良电化学特性，而且安全性高，对环境友好，成本低。

16、实施例的结果表明，将本专利技术制备的水系锌离子电池正极材料用于制备水系锌离子电池，制备的水系锌离子电池在0.2a·g-1的电流密度下具有297.5mah·g-1的高比容量和2200次长循环寿命(在2a·g-1的电流密度下容量保持率为94％)以及优异的倍率性能，实现了高比容量、良好倍率性能和长循环寿命三者间的良好平衡。

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【技术保护点】

1.一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的少层Bi2Te2Se纳米片的片层长度为500nm～5μm。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中少层Bi2Te2Se纳米片的制备方法包括：将多层Bi2Te2Se粉末与插层剂和溶剂混合后依次进行超声处理、真空抽滤、清洗和干燥，得到少层Bi2Te2Se纳米片。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述少层Bi2Te2Se粉末的质量与插层剂的体积和溶剂的体积之比为：0.2g：(0.1～0.3)mL：(20～60)mL。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声处理的功率为200～300W，所述超声处理的时间为60～180min。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50～70℃，所述干燥的时间为5～7h。

7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中少层Bi2Te2Se纳米片的质量、导电剂的质量

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中浆料中的少层Bi2Te2Se纳米片在集流体表面的载量为0.5～1.5mg·cm-2。

9.如权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到的水系锌离子电池正极材料。

10.如权利要求9所述的水系锌离子电池正极材料在水系锌离子电池中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的少层bi2te2se纳米片的片层长度为500nm～5μm。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中少层bi2te2se纳米片的制备方法包括：将多层bi2te2se粉末与插层剂和溶剂混合后依次进行超声处理、真空抽滤、清洗和干燥，得到少层bi2te2se纳米片。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述少层bi2te2se粉末的质量与插层剂的体积和溶剂的体积之比为：0.2g：(0.1～0.3)ml：(20～60)ml。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声处理的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思亮，张绍军，方明，王菲，温莉，代家澳，岳阳，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：

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