一种富含空位的碲化物锌离子电池正极材料的制备方法技术

技术编号：41737457 阅读：15 留言：0更新日期：2024-06-19 12:56

本发明专利技术公开了一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇搅拌至完全溶解，再依次将氢氧化钠、二氧化碲、金属氯化物加入上述溶液中，搅拌至完全溶解；将得到的混合溶液转移到高压反应釜，进行水热反应，得到黑色粗产物；将黑色粗产物浸泡在硼氢化钠溶液中，室温下进行还原，离心，取沉淀洗涤；干燥，研磨。本发明专利技术还公开了该制备方法所得富含空位的碲化物正极材料及其在水系锌离子电池正极纳米层片中的应用。本发明专利技术所制备得到的正极材料为富含空位的碲化物纳米层片，有利于增强材料的锌离子扩散动力学及其综合电化学性能，具有广阔应用前景，展示出高的锌离子扩散系数，具有放电容量高、循环寿命长等电池特性。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及正极材料的制法，具体为一种富含空位的碲化物锌离子电池正极材料的制备方法。

技术介绍

1、今化石能源的持续消耗在引发严峻环境污染问题的同时产生了大量的温室气体，使得极端天气频发。而用清洁可再生能源，如风能、太阳能等，存在空间和时间上分布的不稳定性，限制了其在大规模储能系统中的应用。化学电源作为一种高效的能量转换与储备装置，由于其环境友好，不受自然因素限制和低成本等优点成为人们关注的重点。锂离子电池作为ees的一种，已被广泛应用于人类生活的各个领域。然而，目前锂离子电池的发展遇到了一些瓶颈，如金属锂含量不足、价格昂贵以及使用有机电解液带来的安全风险等。为了探索和开发更合适的锂离子电池替代品，研究人员开始将目光转向低成本、高安全性和高离子电导率的水系可充电电池。由于锌负极具有资源丰富、氧化还原电位低、安全无毒、理论容量高等优点，锌离子电池(zibs)已成为这些水系电池的研究热点。虽然锌负极的优势非常明显，但是目前正极材料的能量密度限制了锌离子电池的实际应用。例如，普鲁士蓝正极的容量不足，锰基和钒基正极的放电平台较低。因此，探索新型的锌离子电池正极材料对其发展仍具有重要意义。

2、近年来，vse2、mos2、vs2、bi2s3和bi2se3等金属硫族化合物在锌离子电池正极材料领域引发了研究热潮。碲化物由于其层状超晶格结构和大的层间间距，表现出非凡的储锌潜力，使其成为zibs的潜在理想材料。然而，应用于zib中的碲化物纳米层片的实例通常存在较差的循环稳定性，需要进行结构调制以优化其电化学性能。

<p>技术实现思路

1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种简单方便、成本低廉、空位浓度可以调控的富含空位的碲化物正极材料的制备方法，本专利技术的另一目的是提供一种放电容量高、循环寿命长的富含空位的碲化物正极材料，本专利技术的再一目的是提供一种富含空位的碲化物正极材料在水系锌离子电池正极纳米层片中的应用。

2、技术方案：本专利技术所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一，聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇搅拌至完全溶解，再依次将氢氧化钠、二氧化碲、金属氯化物加入上述溶液中，搅拌反应；

4、步骤二，将步骤一得到的混合溶液转移到高压反应釜，进行水热反应，得到黑色粗产物；

5、步骤三，将黑色粗产物浸泡在硼氢化钠溶液中，室温下进行还原，离心，取沉淀洗涤；

6、步骤四，将步骤三所得物干燥，研磨，得到富含空位的碲化物正极材料。

7、进一步地，步骤一中，聚乙烯吡咯烷酮与乙二醇的质量体积比为1～3g：100ml。金属氯化物为氯化铋、氯化铜、氯化锑、氯化铁、氯化锡中的任意一种。搅拌转速为500～1000r/min，反应时间为6～12h。氢氧化钠、二氧化碲、金属氯化物的质量比为100：48：63。

8、进一步地，步骤二中，水热反应的温度为100～180℃，反应时间为6～12小时。

9、进一步地，步骤三中，硼氢化钠溶液浓度为0.05～0.1mol/l。洗涤使用去离子水或无水乙醇进行。

10、进一步地，步骤四中，干燥的温度为60～80℃，干燥时间为6～24小时。

11、上述制备方法所得富含空位的碲化物正极材料，其化学式为xateb-n，其中，a＝1～3，b＝1～4，0＜n＜1，x为bi、cu、fe或sn。

12、本专利技术所述的一种富含空位的碲化物正极材料在水系锌离子电池正极纳米层片中的应用。

13、进一步地，该应用具体包括以下步骤：称取质量比为7:2:1的正极材料、导电剂乙炔黑和粘结剂pvdf，加入nmp研磨至形成均匀浆料，将浆料涂覆在不锈钢箔集流体上，面密度约2mg cm-2，于60℃真空干燥12h，冷却至室温后，裁成直径为10mm的圆形极片。

14、制备原理：在材料中引入空位一方面可以增加电极材料活性位点，储存更多锌离子，提升材料容量；另一方面，空位的存在可以有效地减少阴离子对锌离子的吸附，降低锌离子扩散所需跨越的势垒，提升锌离子输运动力学，获得更高的扩散系数。

15、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：

16、1、所制备得到的正极材料为富含空位的碲化物纳米层片，有利于增强材料的锌离子扩散动力学及其综合电化学性能，在水系锌电池领域具有广阔应用前景；

17、2、制备得到锌离子电池的正极材料，展示出高的锌离子扩散系数；

18、3、本专利技术制备得到正极材料，具有放电容量高、循环寿命长等电池特性。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，聚乙烯吡咯烷酮与乙二醇的质量体积比为1～3g：100ml。

3.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，金属氯化物为氯化铋、氯化铜、氯化锑、氯化铁、氯化锡中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，搅拌转速为500～1000r/min，反应时间为6～12h。

5.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，水热反应的温度为100～180℃，反应时间为6～12小时。

6.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，硼氢化钠溶液浓度为0.05～0.1mol/L。

7.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，洗涤使用去离子水或无水乙醇进行。

8.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，干燥的温度为60～80℃，干燥时间为6～24小时。

9.根据权利要求1～8任一所述的制备方法所得富含空位的碲化物正极材料，其特征在于：其化学式为XaTeb-n，其中，a＝1～3，b＝1～4，0＜n＜1，X为Bi、Cu、Fe或Sn。

10.一种权利要求1所述的富含空位的碲化物正极材料在水系锌离子电池正极纳米层片中的应用。

...

【技术特征摘要】

1.一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，搅拌转速为500～1000r/min，反应时间为6～12h。

5.根据权利要求1所述的一种富含空位的碲化物正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，水热反应的温度为100～180℃，反应时间为6～12小时。

【专利技术属性】
技术研发人员：胡林峰，居娜，杨云婷，陈文书，边树阳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人