[发明专利]一种新型质子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型质子电池正极材料及其制备方法，通过有机溶液分别配制铁源溶液和磷源溶液，再将两种溶液混合后进行溶剂热反应，之后将反应所得产物洗涤并烘干，制得新型质子电池正极材料，利用制得的材料可制备质子电池正极极片。本发明制得的新型质子电池正极材料为纳米颗粒，主要成分为磷酸铁，该颗粒形貌均一，比表面积大，其中颗粒的尺寸为50.0‑200.0nm；使用本发明公开的新型质子电池正极材料制备的质子电池具有较好的电化学性能；且本发明提供的制备方法工艺简洁，原材料易于获得，适于大规模化工业生产。

技术领域

本发明涉及一种新型质子电池正极材料及其制备方法，属于质子电池技术领域。

背景技术

随着新型电化学能源的飞速变革，在现有的电化学储能技术中，电池储能技术展现出广阔的发展前景。而相较于传统二次电池，质子电池是一种全新电池体系，可以很好地实现能量密度高、倍率性能极佳、低温性能优异、原材料丰富、安全隐患小、污染性低和易于回收利用的要求，将是下一代电池技术的重要发展方向之一，具有广阔的应用前景。而目前，质子电池正极材料的研究工作尚处于探索阶段，迫切需要电化学性能优异的正极材料，为质子电池全电池体系的构建打下坚实基础。磷酸铁作为一种电化学性能优异、可大规模生产的电极材料，可有效地储存质子；因此，我们首次提出将磷酸铁电极材料应用于质子电池体系。以磷酸铁作为质子电池的正极材料，结合低浓度的酸性电解液可构建一种电化学性能优良的质子电池全电池体系，进而推动环境友好型储能技术的开发与应用，有效解决了传统电池技术面临的难题，为质子电池的进一步发展提供研究载体，助力未来质子电池市场化应用。

发明内容

本发明提供一种新型质子电池正极材料，该正极材料电化学性能优良，且用该正极材料制备的质子电池正极电极片无需高浓度酸便可以使质子电池稳定工作，并获得良好的电化学性能。

本发明采用的技术方案为：

一种新型质子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取有机溶剂和水将无机铁盐与含磷无机酸分别配置成铁源溶液和磷源溶液，再将所述铁源溶液和磷源溶液混合，搅拌形成前驱体溶液；

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液进行溶剂热反应，所述溶剂热反应温度为160-200℃，时间为20-24h，然后将所得产物离心洗涤并干燥，即得新型质子电池正极材料。

按上述方案，所述有机溶剂选自乙醇、乙二醇、丙二醇和异丙醇中的一种或几种。

按上述方案，所述前驱体溶液中有机溶剂与水的体积比为(95-99):(1-5)。

按上述方案，所述前驱体溶液中无机铁盐的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L；所述前驱体溶液中含磷无机酸的分散溶度为0.025-0.1g/mL。

按上述方案，所述无机铁盐选自Fe₂(SO₄)₃、FeSO₄、FeCl₃、FeCl₂、Fe(NO₃)₃及其水合物中的一种或几种。

按上述方案，所述含磷无机酸为H₃PO₄和/或H₄P₂O₇。

按上述方案，所述新型质子电池正极材料为纳米颗粒，主要成分为磷酸铁，该颗粒形貌均一；其中纳米颗粒的尺寸为50.0-200.0nm。

按上述方案制备的新型质子电池正极材料的应用方法：将所述新型质子电池正极材料与导电添加剂和粘结剂混合研磨成电极浆料，并用涂覆器涂抹至电极片上，干燥后即得新型质子电池电极片；其中所述新型质子电池正极材料、导电剂和粘结剂的质量比为(50-70):(30-20):(20-10)；导电添加剂选自乙炔黑、科琴黑、石墨中的一种，粘结剂为聚四氟乙烯。