[发明专利]一种基于水溶液的锌基电池正极材料、其制备和应用

说明书

本发明属于水溶液锌基电池领域，更具体地，涉及一种基于水溶液的锌基电池正极材料、其制备和应用。所述活性材料为单质碘、硫系元素单质或由硫系元素形成的化合物；所述导电材料具有导电性，且具有多孔结构；其中所述导电材料不仅起到导电作用，还利用其多孔结构起到吸附或包覆所述活性材料，避免所述活性材料溶解失效。其作为正极材料用于基于水溶液的锌基电池，尤其可作为正极材料应用于可充水溶液锌基电池，具有较高的可逆容量、能量密度和循环稳定性。

技术领域

本发明属于水溶液锌基电池领域，更具体地，涉及一种基于水溶液的锌基电池正极材料、其制备和应用。

背景技术

水溶液锌基电池是一类以金属锌为负极材料的水溶液电池，由于其具有成本低廉、安全可靠、清洁环保等显著优势而备受关注。

根据电池的可充性，水溶液锌基电池可以分为水溶液锌基一次电池和水溶液锌基二次电池。在水溶液锌基一次电池(如遥控器干电池)中，正极材料主要为过渡金属氧化物(如MnO₂，NiO和Co₃O₄)。由于这类正极材料(如MnO₂，NiO和Co₃O₄)是基于转换反应机制，能够实现较高的放电容量，但是其不可充性严重限制了其应用场合。同时，在水溶液锌基二次电池中，目前已报道的绝大多数正极材料(钒酸盐和聚合物)主要是基于嵌入式反应机制，但是他们普遍存在着可逆容量偏低(200mAh g^-1)的问题，导致电池的能量密度较低(100Whkg^-1)。

事实上，锌的可逆容量为820mA h g^-1，如果能够开发出容量高(500mAh g^-1)、可逆性好的正极材料，这类水溶液锌基电池的能量密度有望超过200Wh kg^-1。因此开发高性能正极材料是水溶液锌基电池实用化的关键。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于水溶液的锌基电池正极材料、其制备和应用，其通过将单质碘、硫系元素单质或硫系元素单质之间形成的化合物作为活性材料，与多孔结构的导电材料复合，制得一种水溶液锌基电池的正极材料，由此解决现有的基于水溶液的锌基电池可逆容量低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水溶液锌基电池正极材料，其包括活性材料和导电材料，其中，

所述活性材料为单质碘、硫系元素单质或由硫系元素形成的化合物；所述导电材料具有导电性，且具有多孔结构；

其中所述导电材料不仅起到导电作用，还利用其多孔结构起到吸附或包覆所述活性材料，避免所述活性材料溶解失效。

优选地，所述硫系单质为单质硫、单质硒、单质碲。

优选地，所述由硫系元素形成的化合物为含有硫、硒、碲中两种或三种元素的化合物。

优选地，所述导电材料孔径不大于100nm，其比表面积不小于100m²/g。

优选地，所述导电材料为碳材料、金属材料或非金属导电材料。

优选地，所述碳材料为碳纳米管、活性炭、石墨烯、乙炔黑和有机物热解碳中的一种或多种。

优选地，所述金属材料为铁、钛、铜、铝、镍、锰、钴和锌中的一种或多种。

优选地，所述非金属导电材料为氧化物和/或氮化物。

优选地，所述导电材料在该正极材料中的质量百分数不超过50％。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的正极材料的制备方法，将所述活性材料与所述导电材料混合后，在真空密闭条件下加热至50～500℃保温，得到所述正极材料。