[发明专利]一种生物质衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料

说明书

本发明涉及一种锌碘电池正极材料及其制备方法，制备了一种碘掺杂生物质衍生分层次多孔碳复合材料（BC_HP/I₂）为活性物质的工作电极，属于锌碘电池技术领域。BC_HP/I₂复合材料工作电极是以BC_HP/I₂样品为活性物质，并将活性物质与导电剂、粘合剂按照一定比例在溶剂中研磨混合后，涂覆在集流体上面制得。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100‑110mAh 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BC_HP/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

能源和环境是人类可持续发展的两大主题。在环境问题和能源危机的大背景下，对可再生清洁能源的开发和利用实在必行，锂离子电池具有能量密度和功率密度高、自放电率低和循环寿命长的优点，是目前发展最快的二次电池体系。但是锂元素在地壳中的储量比较有限，这导致电池成本居高不下，同时在电池的使用中有机电解液往往有毒，存在环境污染的风险。此外，在循环过程中负极的锂片会出现锂枝晶，随着枝晶的生长会有刺穿隔膜的风险，导致电池内部短路，最终局部过热发生爆炸起火。综上所述，存在的诸多不足激励着研究人员开发具有成本低廉，安全性能好且环境友好的新型二次电池体系。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，这使得其可以应用廉价和安全的水系电解液。这些特点使得锌-碘电池在金属-碘电池体系中脱颖而出。但是锌-碘电池也存在一定问题：（1）单质碘及碘化物导电性比较差，因此需要负载在导电性良好的电极材料上。（2）碘在有机和水系的电解质中溶解度都比较高，碘活性物质因为浓度差的原因往锌负极迁移，导致严重的“穿梭效应”。碘活性物质扩散到金属负极表面后发生自放电行为。（3）碘单质在碱性电解液中发生自发的歧化反应。以上几种问题都会导致电池的性能下降。

因此，开发一种具有优异的导电性能和储电性能，能够改善以上的一种问题或几种问题的新型锌碘电池正极材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明提供一种生物质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，提供一种锌碘电池正极材料的制备方法。本发明提供的方法将生物质多孔碳与碘结合，多孔碳的导电性良好，同时可以有效的提供电子/离子传导，另外多孔的结构能限制碘脱出，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BC_HP/I₂复合材料工作电极，以BC_HP/I₂复合材料为活性物质，将活性物质与导电剂、粘合剂按照一定比例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0.01mm。

所述粘合剂为聚偏氟乙烯；优选的，聚偏氟乙烯的密度为1.75-1.78g/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）将银杏肉用去离子水超声清洗15 min后60°C烘干，然后在管式炉中进行预碳化，在空气气氛下300°C煅烧4h，升温速率为5°C/min；

（2）将预碳化的产物加入到50 mL氢氧化钾溶液中混合均匀后冷冻干燥，氢氧化钾的浓度为0.25～1 M；