[发明专利]一种水系锌离子电池及其正极材料的制备方法

说明书

一种水系锌离子电池，属于水系电池技术领域。包括正极、负极和可循环式电解液，正极为碳包覆锰酸锂、碳包覆磷酸铁锂中的一种，负极为黄铜网，所述可循环式电解液包括溶剂和溶质以及循环装置，溶剂为去离子水，溶质包含可溶性锌盐、锂盐和锰盐。本发明通过固相碳包覆改善了正极材料磷酸铁锂和锰酸锂的导电性，同时避免了正极材料与水的直接接触，进而抑制了正极材料与水的副反应。采用黄铜网作为负极材料，成本低廉，其中铜作为集流体，锌作为活性材料，能够避免纯锌电极结构失效，提高导电性。本发明锌离子电池无需用隔膜，能够保证安全性同时降低成本，能解决现有水系锌离子电池存在的电解液挥发、电池胀气及自放电问题，对水系锌离子电池的发展具有重要推动意义。

技术领域

本发明属于水系电池技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池及其正极材料的制备方法。

背景技术

可充电电池作为一种高效的储能装置，已广泛应用于移动通讯、电子设备、电动汽车等领域。现有的可充电电池,如锂离子电池、铅酸电池和镍氢电池等均存在安全性差、污染、成本高、不能快速充放电等问题。安全、廉价、环保和快速充放电的可充电电池是未来电池的发展方向，研发下一代能量密度更高、充放电速度更快、安全性更强的电池是未来人类生活发展的基石。

锌离子电池是近年来兴起的一种新型二次电池，其具有高能量密度、高功率密度、电池材料无毒、价格低廉、制备工艺简单等特点。这使其在大型储能领域具有很高的应用价值和发展前景。更吸引人的是，锌离子具有二价电荷，这使得锌离子电池可以提供更高的存储容量。锌离子电池还可使用具有高离子电导率的环保型水性电解质。中国专利(CN108807910A)公开了一种锌离子电池，以锰基材料和石墨烯辅助锌作为电极材料，含有可溶性锌盐和锰盐的水溶液为电解液，具有廉价、安全、环保和快速充放电的特点。这种水系锌离子电池的反应机理是基于锌离子在电极材料晶体结构中的嵌入脱出，但由于锌离子的半径远大于锂离子、钠离子,在其嵌入脱出过程中电极材料更容易发生结构坍塌；此外正极材料与水直接接触引起正极溶解从而导致电池容量快速衰减，因此水系锌离子电池的循环寿命较短，不利于其作为可充电电池进行广泛应用。此外，目前的水系锌离子电池仍存在胀气、自放电、电解液挥发等问题。

有鉴于此，本发明旨在提供一种新型水系锌离子电池，且该电池无需隔膜。将碳包覆正极锰酸锂或碳包覆磷酸铁锂应用于水系锌离子电池，能够改善导电性同时改善循环稳定性；将黄铜网作为负极能够避免锌枝晶，减小自腐蚀，增强导电性；结合可循环式电解液，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命，能量密度，储存性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术不足，而提供一种新型水系锌离子电池，将碳包覆正极应用于水系锌离子电池体系，能够增强正极活性材料的导电性和溶解，从而改善水系锌离子电池的循环性能；将黄铜网负极应用于水系锌离子电池体系能够改善锌负极的结构稳定性和导电性；特别地，将可循环式电解液应用于水系锌离子电池体系能够增强解决电解液挥发、胀气等问题，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命和能量密度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水系锌离子电池，其特征在于，包括正极、负极和可循环式电解液，所述正极为碳包覆锰酸锂、碳包覆磷酸铁锂中的一种，负极为黄铜网，可循环式电解液包括溶剂、溶质、添加剂以及循环装置，所述溶剂为去离子水，溶质包含可溶性锌盐、锂盐和锰盐。

一种如上所述的水系锌离子电池用的正极中活性材料的制备方法，包括以下步骤：

a.取适量磷酸铁锂或锰酸锂置于管式炉中，在氩气氛围中以3～6℃/min的升温速率加热至600～650℃，然后通入20％体积分数的乙炔气体，同时调节氩气体积分数为80％，保温0.5～1.5h；

b.保温过程结束后切断气体碳源，并保持氩气气氛直至管式炉降至室温，收集产物即为碳包覆锰酸锂或碳包覆磷酸铁锂正极活性材料。