一种Te基复合正极材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用技术

技术编号：43974783 阅读：4 留言：0更新日期：2025-01-10 20:01

本发明专利技术提供了一种Te基复合正极材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用，属于锌离子电池技术领域。本发明专利技术采用多孔碳载体负载Te，不仅保持了结构的稳定性，而且提供了丰富的电化学活性位点和高效的电荷传输通道，从而给锌离子提供了脱嵌的空间，可以更好地发挥Te基正极材料高比容量的优势，能量密度不受碲基材料晶格易崩塌的负面影响，有利于Te的利用。将该正极材料用于锌离子电池显示出足够的比容量、高倍率性能以及可靠的循环稳定性，克服了现有水系锌离子电池正极材料在导电性和能量存储性能方面的不足，解决了其对电池能量密度、比容量和循环稳定性造成的限制问题，具有实际应用价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锌离子电池，尤其涉及一种te基复合正极材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用。

技术介绍

1、现今，在所有可用的储能电池中，水性锌离子电池具有本质安全性、优异的理论容量和低氧化还原电位。然而，由于缺乏具有令人满意的倍率性能和循环寿命的正极材料，水性锌离子电池的商业化受到阻碍。在过去的几年中，已经开发了各种正极材料，包括锰基化合物、钒基氧化物和普鲁士蓝类似物作为正极材料，但是锌离子和主体之间的显著静电排斥导致这些离子嵌入型正极材料的比容量和循环寿命差，这极大地限制了它们在水系锌离子电池中的实际应用。

2、碲(te)具有较高的电子电导率和体积容量，是一种极具潜力的高性能水溶液锌离子电池正极材料。然而，其利用率低，体积膨胀大，导致其倍率性能和循环性能不足，从而阻碍了其实际应用。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种te基复合正极材料及其制备方法和在水系锌离子电池中的应用，抑制te体积膨胀，提高其利用率，从而提高水系锌离子电池的倍率性能和循环性能。

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te基复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将碱活化剂、活性炭和水混合，将所得混合物进行第一热处理，得到热处理产物；

5、将所述热处理产物与酸溶液混合，进行刻蚀，得到多孔碳载体；

6、将所述多孔碳载体与te研磨混合，进行第二热处理，得到te基复合正极材料。</p>

7、优选的，所述碱活性剂包括koh、naoh、khco3、nahco3和k2co3中的一种或几种。

8、优选的，所述活性炭与碱活化剂的质量比为1:1～3。

9、优选的，所述碱活化剂、活性炭和水混合的时间为6～12h。

10、优选的，所述第一热处理的温度为600～800℃，时间为1～5h，处理气氛为n2。

11、优选的，所述酸溶液包括盐酸溶液，所述酸溶液的浓度为1～5mol/l；所述刻蚀的时间为3～12h。

12、优选的，所述多孔碳载体与te的质量比为0.5～3:1；所述第二热处理的温度为450～650℃，时间为3～15h，气氛为n2气氛。

13、本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的te基复合正极材料，包括多孔碳载体和负载于所述多孔碳载体上的te颗粒。

14、优选的，所述多孔碳载体呈不规则块状，平均厚度为40μm，长度为70μm；所述多孔碳载体上te颗粒的负载量为0.5～3mg/cm2。

15、本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的te基复合正极材料在水系锌离子电池中的应用。

16、本专利技术提供了一种te基复合正极材料的制备方法。本专利技术采用碱活化剂刻蚀活性炭制备的多孔碳载体可以增加电极的导电性能，有助于提高电池的电导率和电子传输速率，从而提高电池的性能。多孔碳载体表面具有较多的孔隙结构，可以增加电极的比表面积，增大了锌离子与电极材料之间的接触面积，有助于提高电池的能量密度和功率密度。并且，在材料表面制造缺陷并引入大量极性含氧官能团，有利于提高多孔碳对te的吸附作用，使得te通过化学吸附在多孔碳的微孔上，从而减轻te在循环过程中发生的体积膨胀，并有效提高te在多孔碳载体上的负载量。高度的孔隙结构提供良好的扩散通道，有利于锌离子在充放电过程中的快速扩散和迁移，实现快速的离子传输，从而提高锌离子电池的充放电速率、比容量、循环性能和倍率性能，在锌离子电池生产制造领域具有良好的应用前景。

17、本专利技术采用多孔碳载体负载te，不仅保持了结构的稳定性，而且提供了丰富的电化学活性位点和高效的电荷传输通道，从而给锌离子提供了脱嵌的空间，可以更好地发挥碲基正极材料高比容量的优势，能量密度不受碲基材料晶格易崩塌的负面影响，有利于te的利用。将该正极材料用于锌离子电池显示出足够的比容量、高倍率性能以及可靠的循环稳定性，克服了现有水系锌离子电池正极材料在导电性和能量存储性能方面的不足，解决了其对电池能量密度、比容量和循环稳定性造成的限制问题，具有实际应用价值。

18、本专利技术采用koh刻蚀商业活性炭制备多孔碳载体，商业活性炭价格低廉，其方法简单，成本低。

19、本专利技术制备的te基复合正极材料能量密度和稳定性较高，是由于采用碱活化多孔碳作为载体，引入了缺陷和大量含氧极性官能团，而且多孔碳载体表面有大量微孔，有利于将te和多碲化物(在材料的充放电状态下产生的znte和znte2)吸附并限制在微孔中，防止其因反应过程发生的体积膨胀而从碳载体中脱落，避免循环过程中正极活性材料的损失。

20、本专利技术制备的te基复合正极材料在水系锌离子电池中表现出高的比容量、优异的循环性能和倍率性能。在1a g-1的电流密度下，经过1000次循环后仍具有225.9mah g-1的可逆比容量。

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【技术保护点】

1.一种Te基复合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所述的制备方法，其特征在于，所述碱活性剂包括KOH、NaOH、KHCO3、NaHCO3和K2CO3中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭与碱活化剂的质量比为1:1～3。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱活化剂、活性炭和水混合的时间为6～12h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为600～800℃，时间为1～5h，处理气氛为N2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液包括盐酸溶液，所述酸溶液的浓度为1～5mol/L；所述刻蚀的时间为3～12h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳载体与Te的质量比为0.5～3:1；所述第二热处理的温度为450～650℃，时间为3～15h，气氛为N2气氛。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的Te基复合正极材料，其特征在于，包括多孔碳载体和负

9.根据权利要求8所述的Te基复合正极材料，其特征在于，所述多孔碳载体呈不规则块状，平均厚度为40μm，长度为70μm；所述多孔碳载体上Te颗粒的负载量为0.5～3mg/cm2。

10.权利要求8或9所述制备方法制备得到的Te基复合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te基复合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所述的制备方法，其特征在于，所述碱活性剂包括koh、naoh、khco3、nahco3和k2co3中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭与碱活化剂的质量比为1:1～3。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱活化剂、活性炭和水混合的时间为6～12h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为600～800℃，时间为1～5h，处理气氛为n2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液包括盐酸溶液，所述酸溶液的浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：程再军，郭艳萍，罗浩，郑荣升，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：

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