[发明专利]一种二氧化锰纳米材料正极极片及其制备方法和含有其的锌离子电池

说明书

本发明提供一种二氧化锰纳米材料正极极片及其制备方法和含有其的锌离子电池。所述正极极片的原料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂；所述导电剂为掺杂生物质炭的乙炔黑，所述粘结剂为PVDF。所述制备方法包括：将高锰酸钾溶液、硫酸锰溶液和去离子水混合均匀后置于高压釜中水热反应得到反应产物，对所述反应产物进行离心、洗涤和干燥后得到正极活性物质；将所述正极活性物质、导电剂、粘结剂于溶剂中研磨混合后得到浆料，将所述浆料涂覆于集流体上，经真空干燥和冲压处理得到所述正极极片。本发明同时选用PVDF为粘结剂和掺杂生物质炭的乙炔黑为导电剂，结合本发明制备方法，达到锌离子电池高循环性能和倍率性能的有益效果。

技术领域

本发明涉及锌离子电池领域，涉及一种二氧化锰纳米材料正极极片及其制备方法和含有其的锌离子电池。

背景技术

电池作为一种能将化学能转化成电能的储能装置，自问世以来得到持续关注与发展。锂离子电池由于其自身的高能量密度和长循环寿命等优点，被认为是最有可能应用于电动汽车及大规模储能系统中的技术之一。但是，锂离子电池具有其自身的局限性，锂资源短缺、价格昂贵，其有机电解液有毒、易燃易爆，由此带来的安全隐患引起了越来越多的关注，严重阻碍了锂离子电池进一步大规模的储能应用。目前，水系锌离子电池因其功率密度高、能量密度高、可大电流充放电、成本低廉、安全环保等诸多优点，最有可能取代传统锂离子电池，在储能和载运工具等领域具有光明的应用前景，因此被认为是理想的绿色电池体系。

锌离子电池主要由正极、隔膜、电解液、负极几个主要部分组成，其中对正极的研究基本集中在正极活性物质的制备及改性方面。而对相对较为重要的正极片制备工艺中的一些其它条件的优选没有专门的对比研究，而这些条件势必会对电池的整体性能有很大的影响。

CN 112614985 A公开了一种水系锌离子电池及正极的制备方法，正极由多金属钒酸盐复合材料、导电剂和粘结剂组成，但是钒化合物本身的低导电率、脱嵌反应过程中的物理化学稳定性问题都成为实用的障碍，氧化还原电位偏低限制了其储能密度的提升。

CN 113437368 A公开了一种基于静态激活反应提高水系锌离子电池正极材料容量的方法，先通过钒掺杂的二氧化锰材料，然后将其与导电剂、粘结剂混合制备为正极，并与锌复合和硫酸锌电解液组成水系锌离子电池。但是制备过程中并未选择出适应该制备方法和正极材料的最合适的导电剂和粘结剂，因此，距离工业大规模生产需要进一步探究。

如何选择一种可直接应用于工厂大规模生产的制备二氧化锰体系的锌离子电池正极极片，是本领域重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正极极片及其制备方法和含有其的锌离子电池。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种二氧化锰纳米材料正极极片，所述正极极片的原料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂。

所述导电剂为掺杂生物质炭的乙炔黑，所述粘结剂为PVDF。

本发明提供导电剂种类和粘结剂种类，对提升水系锌离子电池的电化学性能、稳定性和商业化应用潜力具有重要意义。通过大量的实验和数据，表明选择导电剂为掺杂生物质炭的和粘结剂为PVDF时，二氧化锰纳米材料下的锌离子正极极片的性能最佳。