[发明专利]一种PQ-MnO2

说明书

本发明公开了一种PQ‑MnO₂复合电极材料及其制备方法和应用，属于电极材料制备技术领域。本发明是以PQ、乙炔黑、高锰酸钾、浓硫酸等为原材料，首先将高锰酸钾、浓硫酸等原材料配成溶液、其次进行水热反应、抽滤、干燥，从而得到MnO₂，再将其与PQ以及乙炔黑一起研磨混合均匀、最后进行球磨，从而使PQ和MnO₂均匀形成PQ‑MnO₂复合电极材料。本发明通过机械球磨混合，得到PQ‑MnO₂复合电极材料，其中PQ与MnO₂的相互作用，提高了PQ的电压平台，且较单独的PQ或MnO₂，复合材料的容量更高，循环稳定性更好。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种电极材料的制备工艺，更具体地说，本发明涉及一种PQ-MnO₂复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

可充电锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品和电动汽车。然而，成本和潜在的安全问题限制了它们的应用领域和规模。使用水系电解质的可充电水电池在很大程度上减少了这些困扰，并在过去的几年中快速发展。锌金属是水溶液系统的理想阳极，它具有较高的理论比容量、低氧化还原电位，而且与水有良好的相容性。与锌阳极匹配的阴极材料的研究主要集中在金属氧化物、普鲁士蓝盐和聚阴离子化合物等无机化合物。然而锌离子电池无机正极材料受到理论比容量和结构稳定性的限制，电化学性能很难进一步提高。且过渡金属元素资源的匮乏使其大规模生产所用成本增加，近年来，由于有机材料的可加工性、多电子反应、氧化还原稳定性和结构多样性，且从可再生资源中获得，因而更多的研究工作开始转向有机材料。有机化合物在分子设计上更灵活，这允许系统地调整电极材料的电压、容量、电导率、氧化还原动力学和其他特性。

醌类化合物能够进行多电子的氧化还原反应，具有稳定的循环性能、较高的理论比容量，因此被认为是锌离子电池最有前途的电极材料。醌类化合物分为小分子醌类化合物和醌类化合物的聚合物两大类。其中小分子醌类化合物包括简单醌类、多羰基醌、并入杂环的醌、含取代基的醌等几种类型，9,10-菲醌(PQ)被研究的最为广泛。菲被氧化得到的物质就是PQ，观察PQ的分子结构，发现处于邻位的羰基和共轭程度较高的平面，这两个因素都促使菲醌拥有较强的分散电荷的能力，很容易获得电子，发生还原反应，表现出良好的电化学可逆性。

然而，醌类化合物特别是醌类小分子的电压窗口低的问题还没有得到很好的解决；醌类化合物电极材料的电化学性能仍有待进一步提高。

基于上述理由，特提出本申请。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种PQ-MnO₂复合电极材料及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。

本申请发明人在实际研究中开发了一种通过简单的一步球磨法得到高电位PQ-MnO₂复合电极材料的方法。本发明通过简单的一步球磨复合，得到PQ-MnO₂复合电极材料，该复合电极材料中，MnO₂与9,10-菲醌(PQ)的分子间作用力，使其形成独特的复合结构特征，使复合电极材料在氧化还原过程中兼具有MnO₂的氧化还原(充电高于1.3V时，MnO₂的贡献)和PQ的氧化还原(充电低于1.3V时，PQ的贡献)特性，进而能提供多电子的转移，改善了醌基锌离子电池的整体电化学性能。

为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种PQ-MnO₂复合电极材料的制备方法，所述方法是以PQ、乙炔黑、MnO₂为原材料，将原材料研磨，混合充分后再进行球磨，从而形成所述的PQ-MnO₂复合电极材料。

上述所述PQ-MnO₂复合电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：