[发明专利]一种锌离子电池正极复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锌离子电池正极复合材料及其制备方法和应用。该锌离子电池正极复合材料包括α‑MnO₂/rGO复合材料，以及α‑MnO₂/rGO复合材料表面包裹的凝胶层；凝胶层为导电聚吡咯凝胶层；导电聚吡咯与α‑MnO₂/rGO复合材料的质量比为0.1‑1：1。本发明还提供了上述锌离子电池正极复合材料的制备方法。本发明的锌离子电池正极复合材料作为离子电池的正极，可以有效抑制Mn的溶解，提高水系锌离子电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种正极材料及其制备方法，尤其涉及一种锌离子电池正极复合材料及其制备方法，属于离子电池技术领域。

背景技术

锌离子电池(ZIB)是一种新型高容量长寿命环保电池，其通常由正极、负极、电解液和隔膜组成。随着世界能源问题的进一步显现，各国科研工作者致力于寻找开发新型能源和新型能源器件。锌离子电池是近年来发展起来的一种新型二次水系电池,具有高能量密度、高功率密度、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。

锌金属是水系电池的有利负极，因为它具有低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-0.76V)，理论容量高(820mAh g^-1)，并且具有良好的水兼容性。二氧化锰(MnO₂)具有电化学活性，对环境友好并且相对便宜，因此已广泛用作各种电池的正极材料，例如锌锰电池，锂离子电池和超级电容器。

在MnO₂多晶型晶体结构中，Mn⁴⁺离子占据由六方密堆积(hcp)氧化物离子形成的八面体孔，以形成基本的MnO₆八面体单元，这些单元通过边或角连接。基本的MnO₆八面体单元之间的不同键可以形成各种多晶型物晶体学结构。到目前为止，锌离子电池的正极材料中使用了许多多晶型的MnO₂，例如α-MnO₂，β-MnO₂，γ-MnO₂，ε-MnO2，δ-MnO₂和todorokite-typeMnO₂。

α-MnO₂是锌离子电池使用最广泛的正极材料，但是其比容量低(210mAh g^-1at0.5C)。为了满足社会进步的需要，研究人员开始着力研究α-MnO₂材料，α-MnO₂材料也有缺陷：(1)自身电导率较低，从而导致了在大体积下的α-MnO₂较差的电化学性能。(2)二氧化锰的可溶性，部分溶解于电解液中，造成物质的量减少，放电容量下降。(3)二氧化锰的循环稳定性差，造成电池寿命很短。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以有效抑制Mn溶解，提高水系锌离子电池的倍率性能和循环性能的锌离子电池正极材料。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种锌离子电池正极复合材料，其中，该锌离子电池正极复合材料包括α-MnO₂/rGO复合材料，以及α-MnO₂/rGO复合材料表面包裹的凝胶层；

凝胶层为导电聚吡咯凝胶层；

凝胶层的厚度为50nm-500nm；

导电聚吡咯与α-MnO₂/rGO复合材料的质量比为0.1-1：1(优选为0.2:1)。

在本发明的一具体实施方式中，α-MnO₂/rGO复合材料的粒径为10nm-10μm。

在本发明的一具体实施方式中，导电聚吡咯是由吡咯和质子酸在交联剂在作用下原位聚合得到的。具体地，吡咯、质子酸和交联剂的质量比为0.01-1：1：0.1-1。