本發(fā)明涉及水系鋅離子電池正極材料，尤其是一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著化石能源的日益枯竭及其帶來的嚴重的環(huán)境問題，對環(huán)境友好的清潔可再生能源的開發(fā)越來越受到人們的關(guān)注。二次電池因為體系相對簡單、儲能效率相對較高而得到廣泛的關(guān)注。其中，水系鋅離子電池(azibs)采用高比容量(820mah?g-1)、低的氧化還原電位(-0.76vvs.she)、廉價、穩(wěn)定的金屬鋅作為負極，因此具有其不可替代的優(yōu)勢，在眾多新型水系可充電金屬離子電池中脫穎而出，成為水系金屬電池中的最熱門的研究對象。

2、一種水系鋅離子電池正極材料及其制備方法(中國專利申請?zhí)枺篶n202111164599.9)包括如下步驟：(1)將錳源溶于水中，加入氧化劑和硫，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)得到沉淀物；(2)將沉淀物與有機添加劑溶液攪拌均勻后進行噴霧干燥獲得前驅(qū)體，將前驅(qū)體于300～1000℃的馬弗爐中煅燒獲得mn3o4/s前體材料；(3)超聲輔助下將mn3o4/s材料與碳源分散在水中獲得分散液，將分散液干燥后在管式爐中于惰性氣體氣氛下、300～800℃煅燒最終獲得mn3o4/s/c復(fù)合材料。

3、利用錳礦尾礦浸出液制備水系鋅離子電池用三氧化二錳/氧化鐵復(fù)合正極材料的方法(中國專利申請?zhí)枺篶n202311046972.x)首先以錳礦尾礦為原料、葡萄糖為還原劑、鹽酸為浸出劑進行還原浸出反應(yīng)得到錳礦尾礦浸出液，適當(dāng)調(diào)整浸出液中錳離子與葡萄糖的摩爾比，然后將浸出液置于馬弗爐中進行熱處理得到mn2o3/fe2o3復(fù)合電極材料。

4、一種水系鋅離子二次電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用(中國專利申請?zhí)枺篶n202211050005.6)以有機物和石墨材料為碳源，采用原位固相合成技術(shù)制備了mno/mnos/c復(fù)合材料，進一步通過功能性金屬元素摻雜，有效提高了復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。

5、當(dāng)下，水系鋅離子電池可供選擇的正極材料有限并且水系電池的能量密度較低，這是制約其廣泛應(yīng)用的問題所在和瓶頸環(huán)節(jié)?；诖?，為獲得性能優(yōu)異的水系鋅離子電池正極材料，本發(fā)明提供了一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對背景技術(shù)中所指出的問題及現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，以提升水系鋅離子電池性能。

2、上述發(fā)明目的通過如下方案實現(xiàn)：

3、一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其操作步驟為：

4、步驟一：按質(zhì)量份，稱取45-60份前驅(qū)體碳酸錳、30-50份碳源和0.007-0.07份分散劑，使用行星式球磨機進行球磨，球磨后混合粉末轉(zhuǎn)移至管式爐中燒結(jié)1-3h，降至室溫后分別用稀鹽酸和去離子水反復(fù)清洗，隨后烘干；

5、步驟二：稱取步驟一種制備得到的50-75份混合物與90-180份碘單質(zhì)，使用行星式球磨機進行球磨混合，球磨后混合粉末轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜升溫吸附8-12h，反應(yīng)釜抽真空，繼續(xù)保溫2-5h，緩慢降溫后得到鋅電池用載碘多孔正極材料。

6、優(yōu)選地，所述步驟一中碳源選自蔗糖、麥芽糖、葡萄糖、檸檬酸中的至少一種。

7、優(yōu)選地，所述步驟一及二中球磨罐材質(zhì)為瑪瑙，球磨珠材質(zhì)為鋯珠，球磨轉(zhuǎn)速為200-400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0.5-2小時。

8、優(yōu)選地，所述步驟一中燒結(jié)及步驟二中吸附過程中均采用惰性氣體進行保護，惰性氣體選自氬氣、氦氣或者氮氣中的一種。

9、優(yōu)選地，所述步驟一中燒結(jié)溫度為650-850℃，管式爐升溫速率為2-5℃/min。

10、優(yōu)選地，所述步驟一中分散劑的制備方法為：

11、h1：按重量份，稱取0.18-0.36份硝酸錳、0.3-0.6份10,13-環(huán)氧基-10,12-十八碳二烯酸置于100-150份水中，在20～30℃，反應(yīng)100-150分鐘，蒸餾除去水；

12、h2：繼續(xù)加入11-22份3-巰基噻吩，100-150份n甲基吡咯烷酮，3-6份乙醇鈉，60-70℃反應(yīng)100-150分鐘，再加入10-20份異山梨醇雙乙烯基醚，60-70℃反應(yīng)30-50分鐘，得到分散劑。

13、優(yōu)選地，所述步驟h1中反應(yīng)溫度為20～30℃，步驟h2中反應(yīng)溫度為60-70℃。

14、優(yōu)選地，所述步驟二中反應(yīng)釜吸附溫度為65-85℃。

15、反應(yīng)機理為：

16、硝酸錳與10,13-環(huán)氧基-10,12-十八碳二烯酸生成10,13-環(huán)氧基-10,12-十八碳二烯酸/錳配合物，然后與3-巰基噻吩發(fā)生巰基-環(huán)氧基反應(yīng)，為組分1；

17、異山梨醇雙乙烯基醚與3-巰基噻吩發(fā)生巰基-烯基加成反應(yīng)，為組分2；

18、n-甲基吡咯烷酮，為組分3；

19、以上3種組分得到含有錳配合物，噻吩，異山梨醇的分散劑；可以提高鋅電池正極材料前驅(qū)體碳酸錳和碳源的均勻混合，以及更加均勻的粒徑分布，更小的粒徑，并且不影響導(dǎo)電性能。

20、技術(shù)效果：

21、錳配合物、噻吩和異山梨醇的分散劑在碳酸錳和碳源中形成一種穩(wěn)定的分散體系。這種分散體系可以有效地將碳酸錳和碳源均勻地分散在一起，避免團聚和堆積現(xiàn)象。分散劑中的噻吩和異山梨醇官能團與碳酸錳和碳源表面發(fā)生相互作用，提高其表面活性，使其更容易與其他材料混合，并有助于粒子的分散和均勻分布。異山梨醇有利于反應(yīng)物的溶解和混合，提供體系的穩(wěn)定性，防止團聚和沉淀的發(fā)生。

22、含有錳配合物、噻吩和異山梨醇的分散劑通過上述機理可以提高鋅電池正極材料前驅(qū)體碳酸錳和碳源的均勻混合，實現(xiàn)更加均勻的粒徑分布和更小的粒徑，同時不影響導(dǎo)電性能。有助于提升電池的比容量、循環(huán)和倍率性能。

技術(shù)特征：

1.一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其操作步驟為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中碳源選自蔗糖、麥芽糖、葡萄糖、檸檬酸中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一及二中球磨罐材質(zhì)為瑪瑙，球磨珠材質(zhì)為鋯珠，球磨轉(zhuǎn)速為200-400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0.5-2小時。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中燒結(jié)及步驟二中吸附過程中均采用惰性氣體進行保護，惰性氣體選自氬氣、氦氣或者氮氣中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中燒結(jié)溫度為650-850℃，管式爐升溫速率為2-5℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中分散劑的制備方法為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟h1中反應(yīng)溫度為20～30℃，步驟h2中反應(yīng)溫度為60-70℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟二中反應(yīng)釜吸附溫度為65-85℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋅電池用載碘多孔正極材料的制備方法，涉及水系鋅離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域。本方法包括：稱取前驅(qū)體碳酸錳、碳源和分散劑，進行球磨，球磨后混合粉末轉(zhuǎn)移至管式爐中燒結(jié)，降至室溫后分別用稀鹽酸和去離子水反復(fù)清洗，烘干后與碘單質(zhì)使用球磨機進行球磨混合，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜升溫吸附，吸附完成后經(jīng)保溫后緩慢降溫得到鋅電池用載碘多孔正極材料。本方法制備的正極材料有效提升了電池的比容量、循環(huán)和倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：黃碧英,李愈芬,黃耀明,黃國強,黃耀澤
受保護的技術(shù)使用者：蘇州澤世新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14