一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法

本发明属于锌离子电池，具体涉及一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法。

背景技术：

1、随着大数据的增长，各个领域(如医疗保健、汽车和航空)的电子设备对实时数据捕获的需求不断增加。其中，柔性和可穿戴电子产品越来越受到关注，如可植入医疗设备、可穿戴健康监测系统、柔性锌离子电池正极材料的制备方法和智能衣物。传统设备使用刚性且相对不安全的锂离子电池作为电源，无法满足未来对生物相容性和柔性特性的要求。此外，柔性锂离子电池面临高成本、安全问题和复杂制造要求的瓶颈，限制了其商业化。作为有前途的替代品，水系锌离子电池引起了极大关注。由于锌金属的高体积容量(5855mahcm-3)及其简便的制造工艺，它们被认为是柔性设备的有力候选者。同时，锌离子电池在成本方面具有明显优势，每千瓦时仅25美元，而锂离子电池为135美元，这有利于将锌离子电池应用于不同规模的设备。

2、锌离子电池中使用的正极材料包括锰基材料、钒基材料、普鲁士蓝类似物和导电聚合物。作为一种导电聚合物，聚苯胺因其高电导率、高容量和可持续性，成为锌离子电池的理想正极材料。

3、尽管聚苯胺具有高比容量，但由于zn2+的高电荷/半径比及其较大的溶剂化鞘导致的扩散动力学缓慢，其倍率性能和循环稳定性限制了基于聚苯胺的锌离子电池的发展。

4、mxene是一种二维过渡金属碳化物和氮化物，因其独特的层状结构和优异的电化学性能，被广泛应用于柔性锌离子电池中。mxene材料具有高导电性、丰富的表面化学和优异的机械柔韧性，这些特性使其在锌离子电池中可用作高效的电极材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

3、步骤1：在l if/hcl的均匀溶液中缓慢加入ti3al c2材料，在持续加热过程中不断搅拌，得到混合溶液；

4、步骤2：将混合溶液加入licl溶液中，搅拌均匀，静置后进行离心洗涤，离心完成后，取下层沉淀，通过冷冻干燥处理，得到t i3c2 mxene粉末；

5、步骤3：取t i3c2 mxene配成溶液后，加入苯胺单体，配制成电解液；

6、步骤4：煅烧处理后的碳纸作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、石墨棒作为对电极，通过循环伏安法进行电沉积，获得mxene/pani/碳纤维复合材料；

7、步骤5：将烘干的mxene/pani/碳纤维复合材料作为正极材料，锌箔作为负极材料，组装成锌离子电池。

8、优选的，所述l ic l溶液的浓度为50mg/ml。

9、优选的，所述mxene溶液的浓度为1mg/ml或2mg/ml或3mg/ml。

10、优选的，所述苯胺单体浓度为50mm或100mm或150mm。

11、优选的，所述碳纸在空气中经过500℃煅烧30分钟处理。

12、优选的，所述mxene/pani/碳纤维复合材料用去离子水冲洗后，置于真空烘箱中60℃烘干。

13、优选的，所述电沉积中循环伏安的扫速为50mv/s，圈数为25圈或35圈或45圈。

14、本发明的另一个目的是提供一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其中，所述正极材料为mxene/pan i/碳纤维复合材料。

15、本发明的另一个目的是提供一种正极材料在柔性锌离子电池中的应用。

16、本发明的技术效果和优点，该柔性锌离子电池正极材料的制备方法：

17、1、本发明通过共电沉积法制备出mxene、聚苯胺分布在碳纸中的碳纤维表面，形成三维网络结构，保证了锌离子的快速传输；

18、2、pan i的共轭链可协助锌离子电池实现高容量性能，mxene/pan i/碳纤维复合材料的整个制备过程耗时短，为电池正极材料的规模生产提供可能；

19、3、本发明所制备的mxene/pan i/碳纤维复合材料作为锌离子电池的正极材料，具有高比容量和长循环稳定性。

技术特征：

1.一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述licl溶液的浓度为50mg/ml。

3.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述mxene溶液的浓度为1mg/ml或2mg/ml或3mg/ml。

4.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述苯胺单体浓度为50mm或100mm或150mm。

5.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述碳纸在空气中经过500℃煅烧30分钟处理。

6.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述mxene/pani/碳纤维复合材料用去离子水冲洗后，置于真空烘箱中60℃烘干。

7.根据权利要求1所述的一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述电沉积中循环伏安的扫速为50mv/s，圈数为25圈或35圈或45圈。

8.一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料为mxene/pani/碳纤维复合材料。

9.根据权利要求8所述的一种正极材料在柔性锌离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种柔性锌离子电池正极材料的制备方法，其中，包括以下步骤：步骤1：在L i F/HC l的均匀溶液中缓慢加入T i<subgt;3</subgt;A l C<subgt;2</subgt;材料，得到混合溶液；步骤2：将混合溶液加入L i C l溶液中，静置后进行离心洗涤，通过冷冻干燥处理，得到T i <subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;MXene粉末；步骤3：取T i<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;MXene配成溶液后，加入苯胺单体，配制成电解液；步骤4：煅烧处理后的碳纸作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、石墨棒作为对电极，通过循环伏安法进行电沉积，获得MXene/PAN I/碳纤维复合材料；步骤5：将烘干的MXene/PAN I/碳纤维复合材料作为正极材料，锌箔作为负极材料，组装成锌离子电池；本发明通过共电沉积法制备出MXene、聚苯胺分布在碳纸中的碳纤维表面，形成三维网络结构，保证了锌离子的快速传输。

技术研发人员：张钦扬,张一洲,朱国银,严锦程,卞紫钰,包玉雯,张瑄
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2