[发明专利]一种正极活性材料及其在锌离子电池中的应用

说明书

本申请公开了一种正极活性材料，所述正极活性材料的化学式为K_xZn_yV₂O₄PO₄·nH₂O；其中，0≤x≤5,0≤y≤2.5,0≤n≤3.2；且x，y不同时为0。并进一步公开了由该正极活性材料制备得到的正极材料。该正极材料为正极，锌为负极，含锌的可溶性盐为电解液的锌离子电池，具有长循环寿命、高比容量、高倍率性能的特点，在储能领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本申请涉及一种正极活性材料及其在锌离子电池中的应用，属于电池技术领域。

背景技术

煤、石油和天然气等化石资源大量消耗带来的环境污染问题日益严峻，迫切需要开发可再生的清洁能源。近年来，水力、太阳能和风能等可再生能源的开发和利用逐渐得到人们的关注，但其在能量储存中的不连续性问题严重制约了它们的发展。为解决这一问题，寻求一种高效的能源存储装置迫在眉睫。

锂离子电池是迄今为止最先进的能源储存装置，并已在便携式电子设备和新能源汽车领域得到广泛应用。然而，有限的锂资源和锂离子电池安全性差等问题极大地限制了锂离子电池在大规模储存中的应用。水系锌离子电池具有成本低、理论比容量高(820mAh/g)和安全性高等优点，被认为是未来储能领域里最具前景的可充电电池之一。探索高比容量、长循环寿命和高倍率性能的电极材料是目前锌离子电池研发的关键所在。

发明内容

针对现有电极材料的不足，本申请提供一种磷酸钒盐正极活性材料以及包括该正极活性材料的锌离子电池。该正极活性材料由资源丰富的钾、钒和锌等元素组成，材料成本低。该正极活性材料作为正极材料，锌为负极，锌盐溶液为电解液组装成的锌离子电池具有长循环寿命、高能量密度、高功率密度和超快充放电能力。

一种正极活性材料，所述正极活性材料的化学式为K_xZn_yV₂O₄PO₄·nH₂O；其中，0≤x≤5,0≤y≤2.5,0≤n≤3.2。

该材料具有稳定的无机开放框架结构，能够可逆的存储锌离子，从而实现优异的长循环性能。而且该材料中的晶格水作为“润滑剂”提高了锌离子扩散速率，使其具有快速充电能力。

可选地，所述x的上限选自0.5、0.56、1、2、3、4或5；下限选自0、0.5、0.56、1、2、3或4。

可选地，所述y的上限选自0.22、0.5、0.55、1、1.5、2、2.08、2.3或2.5；下限选自0、0.22、0.5、0.55、1、1.5、2、2.08或2.3。

一种化合物作为正极活性材料的应用，所述化合物的化学式为KV₂O₄PO₄·nH₂O；0≤n≤3.2。

根据本申请的又一方面，提供一种正极材料，包括上述所述的正极活性材料。

一种正极材料，所述正极包括正极膜载体和正极膜，所述正极膜覆于正极膜载体表面上；

所述正极膜包括上述所述的正极活性材料。

可选地，所述正极膜还包括导电剂；

所述正极活性材料占所述正极膜的质量百分比为大于等于70wt％；

所述导电剂占所述正极膜的质量百分比为小于等于30wt％。

可选地，所述正极膜还包括粘结剂；

所述导电剂和粘结剂的总质量占所述正极膜的质量百分比为小于等于30wt％。

可选地，所述导电剂选自导电石墨、碳纳米管、石墨烯、无定型炭、活性炭、乙炔黑和Super-P碳黑中的至少一种。