[发明专利]一种用于氯离子电池的水滑石正极材料的制备方法及使用水滑石正极材料的氯离子电池

说明书

本发明提供了一种用于氯离子电池的水滑石正极材料的制备方法及使用水滑石正极材料的氯离子电池。本发明采用共沉淀法制备氯离子插层的水滑石为正极材料；金属锂片为负极材料；1‑丁基‑1‑甲基哌啶鎓氯化物离子液体为电解液，构建了以水滑石基电极材料为正极的氯离子电池电极体系。本发明将水滑石二维层状材料作为氯离子电池正极材料，充分利用了其阴离子可插层性的优点，层与层间的连接依靠静电相互作用力，克服了之前氯氧化物作为正极材料，充电前后体积变化较大，结构不稳定的缺点；利用水滑石层板金属元素的可调变性，可制备出多种氯离子电池的正极材料。

技术领域

本发明属于水滑石应用技术领域，具体而言，提供了一种用于氯离子电池的水滑石正极材料的制备方法及使用水滑石正极材料的氯离子电池。

背景技术

在环境危机与能源短缺的双重压力下，高安全性、高性价比及高容量的电化学能源存储与转换器件的研究引起人们的广泛关注。目前，锂离子电池以其各项优异的性能，在各类电子设备，新能源汽车等领域有着广泛且成熟的市场。于此同时，钠离子电池、铝离子电池等基于阳离子作为传质离子的二次电池也受到广泛的关注。近年来，一些以阴离子为传质离子的氟离子电池和氯离子电池研究相继被报道。2014年，专利CN104241711A公开了一种氯离子电池，其电池反应方程式可表示如下：其中M_c为正极金属，M_a为负极，m或者n为氯离子的数目。

含过渡金属(如Co、Ni、Fe和Mn等)的水滑石类层状材料，具较高的比表面积和电化学活性，且对环境友好，合成方法简便，利用层间阴离子的可调变和可插层性，是一类很有发展前景的氯离子电池材料。

发明内容

本发明将含过渡金属的LDHs类二维层状材料用作氯离子电池的正极材料，利用其电化学活性，结构和组成的可调控性，制备出一类高比容量、高安全性，高效率的氯离子电池。

一种用于氯离子电池的水滑石正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)共沉淀法制备氯离子插层的水滑石纳米材料：将可溶二价金属盐和可溶三价金属盐溶于去离子水配制成混合盐溶液，其中二价金属离子M₁的浓度为0.1～1mol/L，M₁和三价金属离子M₂的摩尔浓度比为1～3；将氯化钠溶解于去CO₂去离子水中，配成浓度为0.1～1mol/L的溶液；将混合盐溶液与氯化钠溶液混合搅拌，两种溶液用量体积比为1:0.5～1，用氢氧化钠溶液调节其pH值在7～11范围内，于80～130℃晶化12～36小时，反应结束后用去离子水洗涤至中性，干燥后得到氯离子插层的水滑石纳米片材料；

2)制备正极材料：将步骤1)得到的水滑石纳米片材料与导电剂和粘合剂进行混合，其中，水滑石纳米片材料占总质量的50～80％，涂覆于集流体上，于90～130℃环境下真空干燥24～48h后得到用于氯离子电池的水滑石正极材料。

优选的，步骤1)中所述的二价金属离子M₁为Ni²⁺、Co²⁺、Ti²⁺、Cr²⁺、In²⁺或Zn²⁺中的任意一种或几种，三价金属离子M₂为Fe³⁺、Mn³⁺、Ti³⁺、Cr³⁺、In³⁺或Co³⁺中的任意一种或几种。

优选的，所述粘结剂通过将聚偏氟乙烯与溶剂N-甲基吡咯烷酮以3％～6％质量比混合得到。

优选的，所述的水滑石纳米片材料与导电剂和粘合剂的质量比为6～8:3～1:1。

优选的，所述导电剂是乙炔黑。