[发明专利]一种正极材料、正极极片、水系锌离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种正极材料、正极极片、水系锌离子电池及其制备方法。该正极材料的制备方法包括如下步骤：1)在惰性气体气氛下，将1,4,5,8‑萘四甲酸酐与氨水进行缩合反应，获得固体悬浮物；2)将所述固体悬浮物分离、洗涤并干燥，获得所述正极材料。该正极材料为1,4,5,8‑萘四甲酰二亚胺，表面形貌为颗粒堆叠成交织连续多孔网状。本发明使用富含羰基活性位点的1,4,5,8‑萘四甲酰二亚胺作为正极材料，可以通过锌离子与羰基的烯醇化反应实现高度可逆的锌离子存储，与过渡金属无机正极材料相比，酰亚胺来源广泛，易于制备，活性位点多，理论比容量大，减少对不可再生过渡金属的使用，更绿色环保，符合可持续发展的理念。

技术领域

本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种正极材料、正极极片、水系锌离子电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的高速发展，包括风能，太阳能，核能在内的可再生清洁能源逐渐成为电力系统的主要能源供应，为获得稳定的电力供应，储能设备的需求日益增加。其中锂离子电池经过近三十年的发展已成为目前混合动力汽车、移动电子设备和非高峰储能的首选储能装置，支撑着现代社会高度的信息化和数字化。新能源汽车发展的不断壮大，意味着未来社会对大规模储能设备的需求日益增加，而锂离子电池自身的局限性制约了其在未来大规模储能领域中的应用前景。目前应用于新能源汽车的锂离子电池正极材料主要为三元体系，材料中主要成分锂、钴等金属资源在大自然中储量少，导致锂离子电池一方面存在一定的安全隐患，另一方面在实际应用中成本较高难以满足未来持续发展的市场需求。针对解决上述锂离子电池存在的固有缺陷问题，研究和探索更安全、更环保、更经济的新型二次电池体系势在必行。

水系锌离子电池是一种极具前景的绿色环保新型二次电池体系，其主要优势主要有：具有较高的能量密度和功率密度，其功率密度最高可达12KW kg^-1，能量密度最高可达320Wh kg^-1，为超级电容器的15倍左右。使用锌金属作为负极，具有高的理论体积比容量(5854mAh cm^-3)和低的标准还原电势(-0.76V)。此外，锌在地球中储量丰富，化学性质稳定，作为电池负极材料可在空气中组装电池，降低电池的制备工艺难度以及生产成本。水系锌离子电池的电解液以水为溶剂，与有机电解液体系相比，具有安全环保的优势，在电池的生产及应用过程中，不产生污染物，属于绿色环保电池。

水系锌离子电池发展的瓶颈主要是缺少适合锌离子可逆嵌入/脱出的正极材料，目前已报道的正极材料大多为过渡金属无机材料，但过渡金属资源有限，往往含有毒性，不利于未来大规模生产。

发明内容

本发明提供一种正极材料、正极极片、水系锌离子电池及其制备方法，减少对不可再生过渡金属的使用，实现高度可逆的锌离子存储。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)在惰性气体气氛下，将1,4,5,8-萘四甲酸酐(CAS NO：81-30-1)与氨水进行缩合反应，获得固体悬浮物；

2)将所述固体悬浮物分离、洗涤并干燥，获得所述正极材料。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)步骤1)中，所述惰性气体选自氮气和氩气中的至少一种；

2)步骤1)中，氨水的浓度为25wt％～28wt％；

3)步骤1)中，1,4,5,8-萘四甲酸酐与氨水的摩尔比为(5～20):100；

4)步骤2)中，干燥温度为50℃～80℃。

本发明第二方面提供一种正极材料，采用上述制备方法获得。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：