本發(fā)明屬于電池技術(shù)，具體涉及一種電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、相比各種有機(jī)電解液的鋰電池和鈉電池，可充水系電池的高安全性使得其在大型能源存儲(chǔ)領(lǐng)域更加受到人們的青睞。近年來，關(guān)于正極材料已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，可以簡單地分為三個(gè)主要類型，包括釩基正極、錳基陰極、普魯士藍(lán)類似物。

2、其中，高能量密度，廉價(jià)無污染的水系可充鋅錳(zn-mn)電池被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的水系電池體系之一，激發(fā)了廣大科研人員的研究興趣。近幾年，海量論文報(bào)道了關(guān)于zn-mn電池的最新研究成果，從正極電化學(xué)性能提升、電解液優(yōu)化到金屬鋅負(fù)極可逆性改進(jìn)均有了較大的突破，但是以大型商業(yè)化電池為目標(biāo)時(shí)，zn-mn電池的應(yīng)用仍然存在明顯短板。

3、正極溶解、靜電相互作用產(chǎn)生的不良影響、鋅枝晶、腐蝕、鈍化和副產(chǎn)物等問題都可能會(huì)導(dǎo)致水系鋅錳電池容量衰減、庫侖效率低和短路等，這嚴(yán)重制約了水系鋅錳電池的發(fā)展和商業(yè)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)電池正極材料摻雜過程復(fù)雜、成本高和能耗高的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：將二氧化錳和氮源按質(zhì)量比7～9:1～3的比例組成混料一，將混料一以300～500r/min的轉(zhuǎn)速球磨24h～48h，再將球磨后的混料一清洗、100～200℃干燥8h～12h，得粗產(chǎn)物；

4、s2：將粗產(chǎn)物、碳源按質(zhì)量比8～12:1的比例組成混料二，將混料二以300～500r/min的轉(zhuǎn)速球磨24h～48h，再將球磨后的混料二清洗、50～100℃干燥16h～24h，即得。

5、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用了球磨法摻雜氮元素合成穩(wěn)定循環(huán)和放電材料的策略，通過特殊的球磨工藝對mno2進(jìn)行改性，摻雜氮元素后使其晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增強(qiáng)了二氧化錳原材料的電導(dǎo)率和改變了二氧化錳原材料在組裝電池時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性和放電能力，使制得的鋅錳電池h+的離子擴(kuò)散行為得以提升，最終使鋅錳電池放電能力大幅度提高；且本發(fā)明的制備過程簡單，低能耗，成本低廉，環(huán)境污染小，適合工業(yè)化需求。

6、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

7、進(jìn)一步，氮源為碳酰胺，碳源為導(dǎo)電碳黑。

8、采用進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：使用碳酰胺作為氮源，其成本低廉，含有較多含量的氮，有助于更簡便的合成較為理想的正極材料，從而優(yōu)化了電池的循環(huán)和放電性能；而在正極材料中摻入導(dǎo)電碳黑，可提高材料的導(dǎo)電性能。

9、進(jìn)一步，s1中球磨以5倍二氧化錳質(zhì)量的水為介質(zhì)，球料比為8:1，轉(zhuǎn)速為360r/min，球磨時(shí)間28h，干燥溫度150℃，干燥時(shí)間10h。

10、進(jìn)一步，s2中球磨以5倍粗產(chǎn)物質(zhì)量的水為介質(zhì)，球料比為8:1，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間36h，干燥溫度70℃，干燥時(shí)間20h。

11、采用進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：合適的轉(zhuǎn)速有助于提供足夠的能量，能讓鋼珠對二氧化錳施加高能量的沖擊和磨削，打破了二氧化錳的晶體結(jié)構(gòu)，增加了表面能，從而促進(jìn)相變以及原子或分子在材料中的摻雜。

12、本發(fā)明還公開了上述電池正極材料的制備方法制得電池正極材料。

13、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的電池正極材料具有分布密集的特點(diǎn)，有助于提高電池長循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，具有更快的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)以及更高的放電能力；且使用了碳酰胺作為摻雜氮源，替代了傳統(tǒng)的貴金屬摻雜，顯著降低了摻雜成本，適合工業(yè)化需求。

14、本發(fā)明還公開了電池正極材料在制備鋅錳電池的中的應(yīng)用。

15、進(jìn)一步，將電池正極材料、石墨烯和粘結(jié)劑按質(zhì)量比7:2:1的比例組成混料三，然后加入溶劑研磨5min得混合漿料，將混合漿料涂覆在碳紙上并于60℃烘干后冷卻至室溫，得電池正極；混料三與溶劑的料液比為5g:1ml。

16、s2：以鋅片為負(fù)極，玻璃纖維為隔膜，制得的電池正極為正極，置入電池殼體中，滴加電解液，密封后完成鋅錳電池的組裝；電解液成分為znso4與mnso4，znso4與mnso4的摩爾比為10:1。

17、進(jìn)一步，s1的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，溶劑為n-甲基吡咯烷酮。

18、本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明提供的電池正極材料組裝的電池，擁有優(yōu)異的放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性；且組裝材料成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)，適合工業(yè)化需求。

技術(shù)特征：

1.一種電池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所述的電池正極材料的制備方法，其特征在于：所述氮源為碳酰胺，所述碳源為導(dǎo)電碳黑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池正極材料的制備方法，其特征在于：s1中球磨以5倍二氧化錳質(zhì)量的水為介質(zhì)，球料比為8:1，轉(zhuǎn)速為360r/min，球磨時(shí)間為28h，干燥溫度為150℃，干燥時(shí)間為10h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池正極材料的制備方法，其特征在于：s2中球磨以5倍粗產(chǎn)物質(zhì)量的水為介質(zhì)，球料比為8:1，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間為36h，干燥溫度為70℃，干燥時(shí)間為20h。

5.權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的電池正極材料的制備方法制得電池正極材料。

6.權(quán)利要求6所述的電池正極材料在制備鋅錳電池中的應(yīng)用。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述鋅錳電池經(jīng)過以下步驟制得：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于：s1所述的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，所述溶劑為n-甲基吡咯烷酮。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備的電池正極材料將二氧化錳中摻入氮元素和碳元素，提供了比二氧化錳更高比例的氧空位和更多的活性位點(diǎn)，有助于提高水系鋅錳電池的穩(wěn)定性和放電能力；本發(fā)明提供的制備方法為球磨法摻雜，有助于更簡便的合成較為理想的正極材料，從而優(yōu)化了電池的循環(huán)和放電性能，且制備過程簡單，低能耗，成本低廉，環(huán)境污染小，適合工業(yè)化需求。

技術(shù)研發(fā)人員：王小煉,谷蕾,馮威,曾攀,陳曉娟,唐星月,李瑩瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10