本發(fā)明專利技術(shù)涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用。一種復(fù)合正極材料，包括正極基體以及包覆于所述正極基體表面的包覆層，所述正極基體包括內(nèi)核材料以及包覆于內(nèi)核材料表面的碳材料層，所述內(nèi)核材料包括磷酸錳鐵鋰材料以及摻雜元素M，所述摻雜元素M包括釩、鈦、鈮和鎂中的至少一種，所述包覆層包括氮化鈦。本發(fā)明專利技術(shù)的復(fù)合正極材料，氮化鈦包覆層可減緩磷酸錳鐵鋰材料中的Mn的溶解，與正極基體各層材料的配合，可提高循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明專利技術(shù)的電池，采用復(fù)合正極材料搭配電解液，Li<supgt;+</supgt;/Zn<supgt;2+</supgt;雙重載流子，使其具有更高的能量密度和電壓窗口。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電池，具體而言，涉及一種復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、當(dāng)前，鋰離子電池(libs)在新能源市場上被廣泛的應(yīng)用，電動汽車，電動工具，場景儲能等領(lǐng)域，鋰離子電池具有較高的電壓窗口和能量密度，然而鋰電電解液可燃有機類溶劑，發(fā)生安全事故時，容易發(fā)生熱失控，近期電動汽車，電儲能箱發(fā)生自燃報道屢屢發(fā)生。因此，高安全的儲能系統(tǒng)越來越收到廣泛的關(guān)注。水系鋅離子電池，依靠水系電解液體系的超高的安全性。水系電池以水作為溶劑，與非水體系相比，具有低揮發(fā)性、無毒、不易燃等特點；同時，水系電解液離子電導(dǎo)率高，組裝無需干燥環(huán)境，具有高功率、快充、制造成本低等獨特優(yōu)勢。金屬鋅超低的原材料成本，不錯的使用壽命，正逐漸成為當(dāng)前大規(guī)模儲能領(lǐng)域的研究熱點。
2、傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極材料通常采用石墨，正極則由含鋰的過渡金屬氧化物構(gòu)成。充電時，鋰離子從正極脫出，通過電解液插層到石墨負(fù)極夾層中，從而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；在放電過程，鋰離子從石墨負(fù)極脫出，回到正極，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。與libs不同，傳統(tǒng)的水系鋅離子電池以氧化釩作為正極材料，鋅金屬作為負(fù)極，進(jìn)行鋅離子的沉積，放電時，鋅離子從金屬鋅表面剝離脫出，在正極測發(fā)生還原反應(yīng)，生成鋅釩氧化物。充電時反應(yīng)路徑相反，鋅離子會從正極脫出，并在金屬鋅片上沉積下來。然而，目前水系鋅離子電池的正極材料種類比較少，尤其氧化釩類材料，在工業(yè)生產(chǎn)中由于本征毒性有一定限制，難以大規(guī)模的生產(chǎn)和使用。
3、有鑒于此，特提出本專利技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的一個目的在于提供一種復(fù)合正極材料，氮化鈦包覆層可減緩磷酸錳鐵鋰材料中的mn的溶解，與正極基體協(xié)調(diào)配合，可提高循環(huán)穩(wěn)定性。
2、本專利技術(shù)的另一個目的在于提供一種所述的復(fù)合正極材料的制備方法，該方法簡單易行，得到的復(fù)合正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性好。
3、本專利技術(shù)的另一個目的在于提供一種正極片。
4、本專利技術(shù)的另一個目的在于提供一種水系鋅離子電池。
5、為了實現(xiàn)本專利技術(shù)的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
6、一種復(fù)合正極材料，包括正極基體以及包覆于所述正極基體表面的包覆層，所述正極基體包括內(nèi)核材料以及包覆于內(nèi)核材料表面的碳材料層，所述內(nèi)核材料包括磷酸錳鐵鋰材料以及摻雜元素m，所述摻雜元素m包括釩、鈦、鈮和鎂中的至少一種，所述包覆層包括氮化鈦。
7、一些實施方式中，所述包覆層的質(zhì)量為所述復(fù)合正極材料的質(zhì)量的2％～20％。
8、如上所述的復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：
9、將無水磷酸亞錳鐵、鋰源、碳源、含元素m的摻雜劑和溶劑進(jìn)行混合處理、研磨處理，得到第一物料；將氮化鈦的分散液與所述第一物料進(jìn)行混合攪拌，再進(jìn)行干燥、煅燒。
10、一些實施方式中，所述無水磷酸亞錳鐵、鋰源、碳源、含元素m的摻雜劑和溶劑的質(zhì)量比為(300～600):(200～350):(120～200):(4～8):(1800～2500)。
11、一些實施方式中，所述碳源包括淀粉、蔗糖、果糖、麥芽糖、環(huán)糊精、檸檬酸和聚醇類材料中的至少一種。
12、一些實施方式中，含元素m的摻雜劑包括偏釩酸銨、二氧化鈦、偏釩酸銨、五氧化二釩、五氧化二鈮、無水醋酸鎂和氧化鎂中的至少一種。
13、一些實施方式中，所述鋰源包括磷酸鋰。
14、一些實施方式中，所述無水磷酸亞錳鐵由磷酸亞錳鐵前驅(qū)體經(jīng)過熱處理獲得；所述熱處理的溫度為500～600℃，所述熱處理的時間為4～6h。
15、一些實施方式中，所述混合處理的轉(zhuǎn)速為200～600rpm，混合處理的時間為10～30min。
16、一些實施方式中，所述氮化鈦的質(zhì)量為所述第一物料的質(zhì)量的1％～30％。
17、一些實施方式中，所述氮化鈦的分散液中，氮化鈦的固含量為5％～30％。
18、一些實施方式中，所述氮化鈦的分散液的制備，具體包括：將氮化鈦和水的混合液進(jìn)行高壓微射流處理；所述高壓微射流處理的壓力為10000～22000psi，所述高壓微射流處理的流量為20～250ml/min，所述高壓微射流處理的時間為30～60min。
19、一些實施方式中，所述混合攪拌的轉(zhuǎn)速為300～600rpm，所述混合攪拌的時間為30～70min。
20、一些實施方式中，所述干燥采用噴霧干燥，所述噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為150～250℃，所述噴霧干燥的壓力為0.1～0.3mpa，所述噴霧干燥的進(jìn)料速度為10～30rpm。
21、一些實施方式中，所述煅燒包括第一恒溫處理和第二恒溫處理，所述第一恒溫處理的溫度為150～250℃，所述第一恒溫時間為3～6h，所述第二恒溫處理的溫度為300～600℃，所述第二恒溫處理的時間為10～15h。
22、一種正極片，包括如上所述的復(fù)合正極材料，或如上所述的復(fù)合正極材料的制備方法制備得到的復(fù)合正極材料。
23、一種水系鋅離子電池，包括如上所述的正極片。
24、一些實施方式中，所述電池還包括電解液，所述電解液包括可溶性鋅鹽、可溶性鋰鹽和水，所述可溶性鋅鹽包括znso4·7h2o，所述可溶性鋰鹽包括li2so4，所述可溶性鋅鹽的濃度為0.7～1.2mol/l，所述可溶性鋰的濃度為0.2～0.5mol/l。
25、一些實施方式中，包括：將可溶性鋅鹽、可溶性鋰鹽和水進(jìn)行混合，混合的轉(zhuǎn)速為100～300rpm，時間為10～30min。
26、一種用電設(shè)備，包括如上所述的水系鋅離子電池。
27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：
28、(1)本專利技術(shù)的復(fù)合正極材料，正極基體中摻雜元素m可增強磷酸錳鐵鋰材料的穩(wěn)定性，碳材料層可進(jìn)一步提高導(dǎo)電性，氮化鈦包覆層可減緩磷酸錳鐵鋰材料中的mn的溶解，通過各層的協(xié)調(diào)配合，可提高循環(huán)穩(wěn)定性。
29、(2)本專利技術(shù)的復(fù)合正極材料的制備方法簡單易行，通過各個步驟的配合，以獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高容量的復(fù)合正極材料。
30、(3)本專利技術(shù)的電池，采用復(fù)合正極材料搭配電解液，li+/zn2+雙重載流子，使其具有更高的能量密度和電壓窗口。
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【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種復(fù)合正極材料，其特征在于，包括正極基體以及包覆于所述正極基體表面的包覆層；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述包覆層的質(zhì)量為所述復(fù)合正極材料的質(zhì)量的2％～20％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一種：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(8)中的至少一種：
6.一種正極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合正極材料，或權(quán)利要求3～5中任一項所述的復(fù)合正極材料的制備方法制備得到的復(fù)合正極材料。
7.一種水系鋅離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求6所述的正極片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水系鋅離子電池，其特征在于，所述電池還包括電解液，所述電解液包括可溶性鋅鹽、可溶性鋰鹽和水，所述可溶性鋅鹽包括ZnSO4·7H2O，所述可溶性鋰鹽包括Li2SO4，所述可溶性鋅鹽的濃度為0.7～1.2mol/L，所述可溶性鋰的濃度為0.2～0.5mol/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水系鋅離子電池，其特征在于，所述電解液的制備方法，包括：將可溶性鋅鹽、可溶性鋰鹽和水進(jìn)行混合，混合的轉(zhuǎn)速為100～300rpm，時間為10～30min。
10.一種用電設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求7～9中任一項所述的水系鋅離子電池。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合正極材料，其特征在于，包括正極基體以及包覆于所述正極基體表面的包覆層；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合正極材料，其特征在于，所述包覆層的質(zhì)量為所述復(fù)合正極材料的質(zhì)量的2％～20％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一種：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(8)中的至少一種：
6.一種正極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合正極材料，或權(quán)利要求3～5中任一項所述的復(fù)合正極材料的制備方法制備得到的復(fù)合正...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)超，秦炳勝，龐春光，馮紹偉，黃昱鑫，黃宇昌，盛杰，
申請(專利權(quán))人：蜂巢能源科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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