[发明专利]水系锌离子电池正极材料及其制备方法和水系锌离子电池

说明书

本发明公开了水系锌离子电池正极材料及其制备方法和水系锌离子电池，该水系锌离子电池正极材料包括内核以及包覆层，所述内核包括MnO，所述包覆层形成在所述内核的外表面上，并且所述包覆层包括碳。由此，该水系锌离子正极材料结构稳定且比容量高，进而制备得到的水系锌离子电池的电化学性能好，比容量高，循环性能好。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池领域，具体涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和水系锌离子电池。

背景技术

在已报道的锰基水系锌离子电池正极材料中，大多数选用不同晶型的MnO₂和MnO₂改性材料或者LiMn₂O₄作为正极材料。对于锰氧化物基水系锌离子电池而言，尤其是MnO₂材料，目前面临的主要问题是循环的快速衰减，其原因在于：(1)充放电过程中锰离子的溶解，带来原始材料形貌的坍塌直至最后主体材料的流失；(2)高价态锰离子在反应过程中易发生歧化反应，导致晶型结构发生变化；(3)MnO₂是一种氧化剂，具有催化性，在水系电解液体系下易发生催化反应，析出氧气，破坏电池体系稳定性；(4)锰氧化物材料导电性差。

因此，现有的水系锌离子电池正极材料有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法和水系锌离子电池，该水系锌离子电池正极材料结构稳定且比容量高，进而制备得到的水系锌离子电池的电化学性能好，比容量高，循环性能好。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种水系锌离子电池正极材料。根据本发明的实施例，所述水系锌离子电池正极材料包括：

内核，所述内核包括MnO；

包覆层，所述包覆层形成在所述内核的外表面上，并且所述包覆层包括碳。

根据本发明实施例的水系锌离子电池正极材料，内核采用MnO，包覆层形成在内核的外表面上，并且包覆层包括碳，即其结构为碳包覆一氧化锰(MnO/C)，相较传统使用的MnO₂和MnO₂改性材料或者LiMn₂O₄作为正极材料，本申请的水系锌离子电池正极材料具有以下优势：(1)MnO/C充电过程中存在锰离子的溶解，形成有缺陷的MnO材料，增加了活性位点，从而可以提升正极材料容量；(2)MnO/C中的锰为二价，二价锰不存在歧化反应，副反应少；(3)MnO/C中的一氧化锰对析氧的催化性较弱，可以减少电池析气。此外，一氧化锰外表面包覆的含碳包覆层对离子的转移有一定的阻挡，需要较长时间的活化过程，因此正极材料比容量能够持续上升。同时，含碳包覆层能够增加正极材料的导电性，从而进一步提高正极材料比容量。由此，该水系锌离子电池正极材料结构稳定且比容量高，进而制备得到的水系锌离子电池的电化学性能好，比容量高，循环性能好。

另外，根据本发明上述实施例的水系锌离子电池正极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述内核的粒径为1～15μm。由此，可以提高水系锌离子电池正极材料的稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述包覆层的厚度为2～200nm。由此，可以提高水系锌离子电池正极材料的导电性和比容量。

在本发明的一些实施例中，所述MnO与所述碳的摩尔比为(80～100)：(0.2～5.0)。由此，可以提高水系锌离子电池正极材料的稳定性和导电性。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备水系锌离子电池正极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将碳酸锰与碳源混合后进行干燥；