[发明专利]一种碲化锑纳米片及在水系锌离子电池中的应用

说明书

本发明提供了一种碲化锑纳米片及在水系锌离子电池中的应用，步骤如下：（1）将碲化锑纳米片、乙炔黑、粘结剂以一定的比例做成均一浆料，涂覆到柔性基底上，干燥得到碲化锑纳米片正极材料；（2）将碲化锑纳米片正极材料、隔膜、锌片、电解液以及垫片封装成水系锌离子电池。本发明采用水热法制备得到碲化锑纳米片，将其应用在水系锌离子电池，具有较高的质量比容量和优异的循环稳定性，以及相应的循环伏安特性。

技术领域

本发明涉及新能源相关技术领域，具体涉及一种碲化锑纳米片正极及其相关水系锌离子电池的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高容量、循环寿命长、质量轻等优点，逐渐主导了当前的消费电子存储设备，但是锂离子电池使用高度易燃和有毒的有机电解质，在使用过程一旦出现短路会引起电池起火、爆炸，近年来手机、笔记本电脑、电动汽车的电池起火爆炸事件时有报道，有机电解液带来的安全问题无疑限制了其进一步大规模应用开发。近年来，水系可充电池因为其低成本、运行过程中的高安全性以及环保等优点，在大规模电网储能系统中有良好的应用前景。此外，相比于非水电解质(1∼10 ms cm ^-1)，水系电解质可提供2倍以上的离子电导率(1 S cm^-1)；从储能原理来看，氧化还原反应涉及多个电子的电池体系无疑具有更高的比容量和能量密度，采用多价(+2价)的锌离子电池具备水系电池的高安全性，多电子体系的高比容量和能量密度，同时电池的锌片负极常温下化学性质稳定和价格低廉，近年来逐渐引起越来越多研究人员的关注。锌离子电池的主要结构包括和正极材料、锌金属负极，水系电解液（硫酸锌）和隔膜。从元素周期表上来看，锌属于第二副族，失去两个电子而显+2价，电池储能时涉及两个电子，不同于处于第一主族的单电子基锂（钠）离子电池。锌离子电池与其他类型锌电池（如干电池等）不同的是锌离子电池属于二次电池，具有更长的循环使用寿命。

碲化锑(Sb₂Te₃)是一种低带隙的V-VI族半导体化合物，在室温下具有优异的热电性能（温差电优质系数达0.9×10^-3/K），因此被视为一种理想的热电材料。但是碲化锑在储能领域的应用目前只限于太阳能电池和有机的钠离子电池，目前单电子基的锂（钠）离子电池负极材料根据储能原理主要有嵌入、合金、转化三种类型，其中嵌入类负极材料容量低而循环稳定性高，合金类容量高而循环稳定性相对较差，转化类负极材料同样也面临容量高而循环稳定性差的问题，从原理上来看碲化锑属于合金与转化的混合类型，相关实验数据和文献也佐证了这点。目前碲化锑电极材料在水系锌离子电池的应用，据公开资料尚未有报道。同时，当前水系锌离子电池的电极材料大多涂覆在硬质的金属集流体上，本发明将电极材料涂覆到经过化学方法处理的柔性碳布集流体，也可以涂覆到不锈钢集流体。

发明内容

针对现有碲化锑应用技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种碲化锑纳米片及在水系锌离子电池中的应用，通过一步水热方法合成碲化锑纳米片，碲化锑纳米片正极锌离子电池器件具有较高的比容量和循环稳定性。

实现本发明的技术方案是：

一种碲化锑纳米片在水系锌离子电池中的应用，步骤如下：

（1）将碲化锑纳米片、乙炔黑、粘结剂以一定的比例做成均一浆料，采用无需辅助仪器直接浸渍的方法涂覆到经过特殊化学方法处理的柔性基底上，干燥得到碲化锑纳米片正极材料；

（2）将碲化锑纳米片正极材料、隔膜、锌片、电解液以及垫片封装成水系锌离子电池。

所述步骤（1）中碲化锑纳米片的尺寸为300～2000 nm，厚度为10～12 nm；碲化锑纳米片、乙炔黑和粘结剂的质量比为（7～9）:1:1（以NMP作为溶剂），（5～7）:3:1（以酒精作为溶剂）。

所述步骤（1）中粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯，电解液为硫酸锌水溶液。

柔性基底为通过一定化学方法处理的亲水性柔性碳布，也可使用常规不锈钢网。