本發(fā)明涉及鋅離子電池，尤其涉及一種te基復(fù)合正極材料及其制備方法和在水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)今，在所有可用的儲(chǔ)能電池中，水性鋅離子電池具有本質(zhì)安全性、優(yōu)異的理論容量和低氧化還原電位。然而，由于缺乏具有令人滿意的倍率性能和循環(huán)壽命的正極材料，水性鋅離子電池的商業(yè)化受到阻礙。在過(guò)去的幾年中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種正極材料，包括錳基化合物、釩基氧化物和普魯士藍(lán)類(lèi)似物作為正極材料，但是鋅離子和主體之間的顯著靜電排斥導(dǎo)致這些離子嵌入型正極材料的比容量和循環(huán)壽命差，這極大地限制了它們?cè)谒典\離子電池中的實(shí)際應(yīng)用。

2、碲(te)具有較高的電子電導(dǎo)率和體積容量，是一種極具潛力的高性能水溶液鋅離子電池正極材料。然而，其利用率低，體積膨脹大，導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)性能不足，從而阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種te基復(fù)合正極材料及其制備方法和在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，抑制te體積膨脹，提高其利用率，從而提高水系鋅離子電池的倍率性能和循環(huán)性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種te基復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、將堿活化劑、活性炭和水混合，將所得混合物進(jìn)行第一熱處理，得到熱處理產(chǎn)物；

5、將所述熱處理產(chǎn)物與酸溶液混合，進(jìn)行刻蝕，得到多孔碳載體；

6、將所述多孔碳載體與te研磨混合，進(jìn)行第二熱處理，得到te基復(fù)合正極材料。

7、優(yōu)選的，所述堿活性劑包括koh、naoh、khco3、nahco3和k2co3中的一種或幾種。

8、優(yōu)選的，所述活性炭與堿活化劑的質(zhì)量比為1:1～3。

9、優(yōu)選的，所述堿活化劑、活性炭和水混合的時(shí)間為6～12h。

10、優(yōu)選的，所述第一熱處理的溫度為600～800℃，時(shí)間為1～5h，處理氣氛為n2。

11、優(yōu)選的，所述酸溶液包括鹽酸溶液，所述酸溶液的濃度為1～5mol/l；所述刻蝕的時(shí)間為3～12h。

12、優(yōu)選的，所述多孔碳載體與te的質(zhì)量比為0.5～3:1；所述第二熱處理的溫度為450～650℃，時(shí)間為3～15h，氣氛為n2氣氛。

13、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的te基復(fù)合正極材料，包括多孔碳載體和負(fù)載于所述多孔碳載體上的te顆粒。

14、優(yōu)選的，所述多孔碳載體呈不規(guī)則塊狀，平均厚度為40μm，長(zhǎng)度為70μm；所述多孔碳載體上te顆粒的負(fù)載量為0.5～3mg/cm2。

15、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的te基復(fù)合正極材料在水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

16、本發(fā)明提供了一種te基復(fù)合正極材料的制備方法。本發(fā)明采用堿活化劑刻蝕活性炭制備的多孔碳載體可以增加電極的導(dǎo)電性能，有助于提高電池的電導(dǎo)率和電子傳輸速率，從而提高電池的性能。多孔碳載體表面具有較多的孔隙結(jié)構(gòu)，可以增加電極的比表面積，增大了鋅離子與電極材料之間的接觸面積，有助于提高電池的能量密度和功率密度。并且，在材料表面制造缺陷并引入大量極性含氧官能團(tuán)，有利于提高多孔碳對(duì)te的吸附作用，使得te通過(guò)化學(xué)吸附在多孔碳的微孔上，從而減輕te在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹，并有效提高te在多孔碳載體上的負(fù)載量。高度的孔隙結(jié)構(gòu)提供良好的擴(kuò)散通道，有利于鋅離子在充放電過(guò)程中的快速擴(kuò)散和遷移，實(shí)現(xiàn)快速的離子傳輸，從而提高鋅離子電池的充放電速率、比容量、循環(huán)性能和倍率性能，在鋅離子電池生產(chǎn)制造領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

17、本發(fā)明采用多孔碳載體負(fù)載te，不僅保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且提供了豐富的電化學(xué)活性位點(diǎn)和高效的電荷傳輸通道，從而給鋅離子提供了脫嵌的空間，可以更好地發(fā)揮碲基正極材料高比容量的優(yōu)勢(shì)，能量密度不受碲基材料晶格易崩塌的負(fù)面影響，有利于te的利用。將該正極材料用于鋅離子電池顯示出足夠的比容量、高倍率性能以及可靠的循環(huán)穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有水系鋅離子電池正極材料在導(dǎo)電性和能量存儲(chǔ)性能方面的不足，解決了其對(duì)電池能量密度、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性造成的限制問(wèn)題，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

18、本發(fā)明采用koh刻蝕商業(yè)活性炭制備多孔碳載體，商業(yè)活性炭?jī)r(jià)格低廉，其方法簡(jiǎn)單，成本低。

19、本發(fā)明制備的te基復(fù)合正極材料能量密度和穩(wěn)定性較高，是由于采用堿活化多孔碳作為載體，引入了缺陷和大量含氧極性官能團(tuán)，而且多孔碳載體表面有大量微孔，有利于將te和多碲化物(在材料的充放電狀態(tài)下產(chǎn)生的znte和znte2)吸附并限制在微孔中，防止其因反應(yīng)過(guò)程發(fā)生的體積膨脹而從碳載體中脫落，避免循環(huán)過(guò)程中正極活性材料的損失。

20、本發(fā)明制備的te基復(fù)合正極材料在水系鋅離子電池中表現(xiàn)出高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。在1a?g-1的電流密度下，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后仍具有225.9mah?g-1的可逆比容量。

技術(shù)特征：

1.一種te基復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述堿活性劑包括koh、naoh、khco3、nahco3和k2co3中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭與堿活化劑的質(zhì)量比為1:1～3。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述堿活化劑、活性炭和水混合的時(shí)間為6～12h。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述第一熱處理的溫度為600～800℃，時(shí)間為1～5h，處理氣氛為n2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酸溶液包括鹽酸溶液，所述酸溶液的濃度為1～5mol/l；所述刻蝕的時(shí)間為3～12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述多孔碳載體與te的質(zhì)量比為0.5～3:1；所述第二熱處理的溫度為450～650℃，時(shí)間為3～15h，氣氛為n2氣氛。

8.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的te基復(fù)合正極材料，其特征在于，包括多孔碳載體和負(fù)載于所述多孔碳載體上的te顆粒。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的te基復(fù)合正極材料，其特征在于，所述多孔碳載體呈不規(guī)則塊狀，平均厚度為40μm，長(zhǎng)度為70μm；所述多孔碳載體上te顆粒的負(fù)載量為0.5～3mg/cm2。

10.權(quán)利要求8或9所述制備方法制備得到的te基復(fù)合正極材料在水系鋅離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種Te基復(fù)合正極材料及其制備方法和在水系鋅離子電池中的應(yīng)用，屬于鋅離子電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用多孔碳載體負(fù)載Te，不僅保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且提供了豐富的電化學(xué)活性位點(diǎn)和高效的電荷傳輸通道，從而給鋅離子提供了脫嵌的空間，可以更好地發(fā)揮Te基正極材料高比容量的優(yōu)勢(shì)，能量密度不受碲基材料晶格易崩塌的負(fù)面影響，有利于Te的利用。將該正極材料用于鋅離子電池顯示出足夠的比容量、高倍率性能以及可靠的循環(huán)穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有水系鋅離子電池正極材料在導(dǎo)電性和能量存儲(chǔ)性能方面的不足，解決了其對(duì)電池能量密度、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性造成的限制問(wèn)題，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：程再軍,郭艷萍,羅浩,鄭榮升
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門(mén)理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9