[发明专利]一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)将锰源溶于水中，加入氧化剂和硫，搅拌均匀后转移至水热反应釜中进行水热反应得到沉淀物；(2)将沉淀物与有机添加剂溶液搅拌均匀后进行喷雾干燥获得前驱体，将前驱体于300～1000℃的马弗炉中煅烧获得Mn₃O₄/S前体材料；(3)超声辅助下将Mn₃O₄/S材料与碳源分散在水中获得分散液，将分散液干燥后在管式炉中于惰性气体气氛下、300～800℃煅烧最终获得Mn₃O₄/S/C复合材料。本发明方法获得的材料具有形貌结构好、比表面积大、导电性良好等优点，将其用于锌离子电池正极材料，所组装的电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、循环效率高、无记忆效应、能量密度高、自放电较小等优点，自问世以来取得了广泛的市场认可。然而锂资源在自然界的储量有限，且分布极不均匀，导致其价格一直居高不下。随着电动汽车行业的兴起，又进一步加剧了对锂资源的需求，从而造成了锂成本的不断攀升，严重制约了锂离子电池在大规模储能系统中的应用，成为发展成本低廉、安全性高的智能电网和大规模储能用的长寿命电池亟待解决的问题。

最近，水系锌离子电池(ZIB)得到了极大的关注，由于其理论容量高且在水中具有出色的稳定性。同时，金属锌具有资源丰富、低毒性以及易处理等优点。因此，价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的ZIB是理想的绿色电池体系。探索高性能正极和稳定的锌负极具有重要意义，相关的锌电材料也成为新的研究热点之一。

锰化合物具有成本低、储量丰富、环境友好性、低毒性和多价态(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺和Mn⁷⁺)等独特的优点，被认为是很有前景的储能材料。其中被报道应用在水系锌离子电池的锰基化合物主要以MnO₂居多。Mn基材料目前研究还处于初期阶段，主要存在的问题有：Mn基材料本身的电导率差，在充放电过程中Mn基材料晶体结构、体积和形貌发生巨大变化并影响循环性能。

发明内容

为了解决Mn基材料电导率差、结构不稳定的技术问题，而提供一种水系锌离子电池正极材料及其制备方法。本发明方法制得的水系锌离子电池正极材料为Mn₃O₄/S/C复合材料，具有形貌结构好、比表面积大、导电性良好等优点，并将其用于锌离子电池正极材料，所组装的锌离子电池具有较高的比容量和优异的循环稳定性。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种水系锌离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锰源溶于水中，加入氧化剂和硫，搅拌均匀后转移至水热反应釜中进行水热反应得到沉淀物；

(2)将所述沉淀物与有机添加剂溶液搅拌均匀后进行喷雾干燥获得前驱体，将所述前驱体于300～1000℃的马弗炉中煅烧获得Mn₃O₄/S前体材料；

(3)超声辅助下将所述Mn₃O₄/S材料与碳源分散在水中获得分散液，将所述分散液干燥后在管式炉中于惰性气体气氛下、300～800℃煅烧最终获得Mn₃O₄/S/C复合材料。