[发明专利]一种衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种锌碘电池正极材料及其制备方法，制备了一种碘掺杂多孔碳复合材料（ZPC/I₂）为活性物质的工作电极，属于锌碘电池技术领域。ZPC/I₂复合材料工作电极是以ZPC/I₂样品为活性物质，并将活性物质与导电剂、粘合剂在溶剂中研磨混合后，涂覆在集流体上面而得。本发明制备的正极材料在电流密度100 mA g^‑1下循环100次后容量仍保持在140‑170 mAh g^‑1。本发明还提供所属工作电极的制备方法。本发明的工作电极具有优异的倍率性能和长循环稳定性。

技术领域

本发明涉及了一种锌碘电池正极材料及其制备方法，制备了一种以ZPC/I₂复合材料为活性物质的工作电极，属于锌碘电池技术领域。

背景技术

随着传统化石能源的消耗以及科学技术的进步和绿色理念的发展，可再生清洁能源的开发和利用受到了广泛关注，锂离子电池因其高效、环保和经济等诸多优势，在过去的几十年中一直主导着全球能量存储市场。然而，由于锂资源的价格不断上涨,使得当前的锂离子电池价格居高不下，并且在电池中使用的有机电解液往往有毒，存在环境污染的风险。因此，开发具有成本低廉，安全性能好且环境友好的新型二次电池体系是必然趋势。金属-碘电池被认为是一种有潜力的电池体系。

金属锌是一种高比容量且廉价的电极材料，同时它在水中是稳定的，这使得应用廉价且安全的水性电解质成为可能。这些特点使得锌-碘电池在金属-碘电池体系中脱颖而出。然而，碘的导电性差、热稳定性差以及碘物质（I₂、I^-和I₃^-）的穿梭效应仍然是其实际应用的障碍。碘物质可以通过隔膜扩散，并通过穿梭效应在锌金属阳极表面生成低导电性的ZnI₂，导致活性碘的损失、低库仑效率和正极的循环性能衰减。

因此，本发明提出ZIF-8衍生多孔碳材料作为Zn-I₂电池的有效正极基体。ZPC的微孔结构有利于碘物质的物理捕获，而且还可以改善电解质的离子扩散和渗透。ZPC中的N、Zn和ZnO可以提供丰富的活性位点与碘物质产生化学相互作用，以限制穿梭效应并提高电导率，从而获得令人满意的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料及其制备方法，目的在于克服现有锌碘电池正极材料的导电性能和储能性能不佳的缺点。本发明提供一种ZIF-8衍生多孔碳材料，多孔碳的导电性良好，比表面积大，有利于对碘物质的物理捕获。同时可以有效的提供电子/离子传导的路径，提高正极材料储电性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种ZPC/I₂复合材料工作电极，以ZPC/I₂复合材料为活性物质，将活性物质与导电剂、粘合剂在溶剂中研磨混合后，涂覆在集流体上面而得。

所述导电剂为科琴黑。

所述集流体为不锈钢箔；优选的，所述不锈钢箔的厚度为0.01 mm。

所述粘合剂为聚偏氟乙烯；优选的，聚偏氟乙烯的密度为1.75-1.78 g/cm³。

所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

本发明还提供所述工作电极的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备ZIF-8晶体：首先将Zn(NO₃)₂•6H₂O和2-甲基咪唑分别溶于甲醇中，剧烈搅拌15分钟，形成溶液；再将两种溶液混合，在室温下搅拌1小时后静置12小时；将离心得到的白色晶体用甲醇洗涤数次，然后在60°C下干燥12小时；