[发明专利]绿色环保高功率水系锌离子电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种绿色环保高功率水系锌离子电池的制备方法。首先采用碳微球模板法制备中空多孔ZnMn_2‑xM_xO₄正极材料，再采用真空过滤法制备ZnMn_2‑xM_xO₄/CNT自支撑复合正极；以锌为负极，以含锌盐为电解质溶液，组装成水系锌离子电池。该电池具有高安全、高功率的特点，而且原料来源广泛、价格低廉，在大型储能和动力电池领域具有广阔的应用前景，可替代铅酸电池。

技术领域

本发明属于新能源材料及储能技术领域，涉及一种铅酸电池的替代品，即绿色环保高功率水系锌离子电池。

背景技术

现在市场上用的比较多的就是铅酸电池、镍镉和镍氢电池、锂离子电池。然而铅酸和镉镍电池含有大量有害、污染环境的重金属铅和镉；镍氢电池采用了昂贵的稀有金属，且自放电率高；而锂属于稀有金属，资源稀缺，价格昂贵，且目前锂离子电池有机电解液用在动力汽车领域的安全性能欠佳，无法大量普及。因此，在动力电池领域均需要寻找一种成本低廉、资源广泛、绿色环保的二次电池体系。

目前以锌为负极的水系锌离子电池引起了人们的格外关注，不同于一价金属离子，二价锌离子在充放电过程中携带的电荷量加倍，电池功率密度更大。然而，目前关于水系锌离子电池正极材料的专利较少。报道的普鲁士蓝及其类似物容量普遍偏低，且原料有毒(CN102903917A)；而二氧化锰在大电流下放电比容量低、循环性能及循环过程中的结构稳定性较差(CN10297662A、CN204651389U)；康飞宇和陈军分别报道了一种以ZnMn₂O₄和缺陷型ZnMn_xO₄为正极材料的水系锌离子电池(CN102097661A、CN105958131A)。然而，电池的大倍率特性不容乐观，锰溶解现象严重，且水溶液的分解电压较低，析氢、析氧等副反应严重，导致材料的循环性能不断恶化。且电极制备过程中，需要额外加入导电剂和粘结剂，并经过涂覆过程，工艺复杂。因此，采用简单流程制备自支撑复合正极，开发低成本、安全环保的高功率、长循环寿命的水系锌离子电池迫在眉睫。

发明内容

针对现有储能电池体系的不足，本发明提供一种绿色环保高功率水系锌离子电池的制备方法，完全可替代铅酸电池，解决了现有技术中存在的难题。该电池具有高安全、高功率、长循环寿命的特点，且原料来源广泛、价格低廉。

本发明所采用的技术方案是，绿色环保高功率水系锌离子电池的制备方法，具体按照以下步骤进行：一种绿色环保高功率水系锌离子电池的制备方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，以可溶性锌盐、锰盐和掺杂金属盐为原料，按照摩尔比为1:(2-x):x的比例配置溶液，其中，0＜x＜0.2，依次加入分散剂、碳微球，制备中空多孔嵌锌化合物正极材料；

步骤2，制备不同含量碳纳米管的ZnMn_2-xM_xO₄/碳纳米管自支撑复合正极；

步骤3，以含锌盐为电解质，加入添加剂制备混合电解液；

步骤4，将正极、负极、隔膜以及电解液组装成可充电水系锌离子电池；

其中，锌为负极，隔膜为玻璃纤维膜。

进一步的，所述步骤1的具体步骤是：将可溶性锌盐、锰盐和掺杂金属盐溶于乙二醇中，然后加入分散剂，超声分散10min，加入碳微球，继续超声分散直到碳微球分散均匀，然后将其混合溶液转移到内衬聚四氟乙烯的水热反应釜中，水热反应时间为3～12小时，水热反应温度为90～220℃，自然冷却至室温，离心分离得锰酸锌前驱体，洗涤后真空干燥，然后将其粉末前驱体加热到600℃，在此温度空气气氛下烧结3～20小时，制备得到中空多孔嵌锌化合物正极材料。