[发明专利]一种水系锌碘二次电池正极材料及其正极和水系锌碘二次电池

说明书

本发明公开了一种水系锌碘二次电池正极材料及其正极和水系锌碘二次电池。所述正极材料包括粘结剂、导电剂和正极活性材料，正极活性材料为阴离子交换纤维/树脂与碘的复合材料；将正极活性材料、导电剂和粘结剂研磨混合，混匀后加入N‑甲基吡咯烷酮或者蒸馏水搅匀得到正极材料浆液；所得浆液涂覆在集流体上，经干燥、辊压、裁剪后得到正极。所述电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述隔膜位于所述正极和负极之间，按照正极、隔膜和负极的次序堆叠成类似三明治结构；所述电解液为锌的可溶性盐，在对电池进行封装时被加入电池中。利用本发明制备所得产品水系锌碘电池的倍率性能和循环寿命方面均表现出优异性能。

一、技术领域：

本发明属于新型电化学电池和新能源电池领域，具体涉及一种高可靠性的水系锌碘二次电池正极材料，即一种水系锌碘二次电池正极材料及其正极和水系锌碘二次电池。

二、背景技术：

水系锌离子二次电池因其具有内在的高安全性，丰富且廉价的资源，环境友好及较高的能量密度等特点，近年得到越来越广泛的关注，被认为是下一代新能源电池的有力竞争者之一。目前该类电池的正极材料主要包括锰系材料如二氧化锰，钒系材料如五氧化二钒，普鲁士蓝类似物，有机化合物等。如CN112670495A的发明专利申请公开了一种铁掺杂二氧化锰复合碳纳米管材料的锌离子电池。如CN111900398A的发明专利申请公开了一种镁掺杂五氧化二钒纳米带正极材料的锌离子电池。如CN111769278A的发明专利申请公开了一种基于芳香族有机物正极材料的锌离子电池。

然而，由于锰基材料的本征电导率低以及在水系电解液中不可避免的溶解，其电化学性能仍然受到限制，在倍率性能且循环寿命方面均表现不佳。对于钒基材料，在充放电过程其结构是缺乏稳定的，这直接导致电池的快速失效。对于有机材料，尽管其具有高的可持续性、轻的重量及可调的电化学窗口等优势，但在容量、稳定性和能量密度方面仍具有一定劣势。

利用卤素单质如碘、溴的氧化还原过程来实现对能量的存储和释放是另一种可行的方式。特别是碘，由于其具有来源广泛，成本低廉，环境友好等特点，且为多电子转移反应，在水中氧化还原过程高度可逆，比容量和能量密度也相对较高，近年作为水系锌离子电池正极材料受到广泛研究。如CN107666015A的发明专利申请公开了一种水相电解质体系锌碘二次电池及其制备方法。然而由于其中间产物多碘化物在水中具有高的溶解度，活性物质碘会迅速从正极丢失，进而导致循环稳定性差，倍率性能拙劣等一系列问题。因此，开发一种具有高稳定性、低成本、环境友好且具有工业基础的正极材料仍是相当具有挑战性。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：根据目前对具有高稳定性、低成本、环境友好且具有工业基础的正极材料的研究趋势，本发明提供一种水系锌碘二次电池正极材料及其正极和水系锌碘二次电池。本发明电池采用阴离子交换材料复合碘为正极材料，锌片或者锌箔作为负极材料，锌的可溶性盐水溶液为电解质。本发明正极材料具有成本低廉、稳定性优异、容量高和倍率性能优异等优点，有望实现工业化。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种水系锌碘二次电池正极材料，以质量百分含量表示，所述正极材料包括粘结剂5～15％、导电剂5～30％和正极活性材料55～90％。

根据上述的水系锌碘二次电池正极材料，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酸；

所述导电剂为Super P导电剂、炭黑、乙炔黑、石墨、石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管中的至少一种；

所述正极活性材料为阴离子交换纤维/树脂与碘的复合材料；所述阴离子交换纤维/树脂与碘的复合材料中碘所占的质量分数为20～60％。