焦磷酸锌锰化合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于锌离子电池，具体涉及新的化合物及其制备方法以及在锌离子电池中应用。

背景技术：

1、水系锌离子电池具有安全环保、储量丰富、成本低等优点，被认为是一种具有应用前景的新型电化学储能体系。目前，锌离子电池的研究还处在初期阶段，制约其发展的主要问题是缺乏兼具高容量和长循环稳定的正极材料。水系锌离子电池的正极材料的研发可参考成熟的锂离子电池体系。在锂离子电池体系中，三种储能机理被广泛研究，即嵌入、转化、合金化。相比之下，水系锌离子电池体系中仅有zn2+或h+/zn2+嵌入/脱出机制被广泛报道，极大限制了正极材料的可选范围。此外，由于锌离子表面电荷密度高，在水系电解液当中被10~12个水分子包围形成致密牢固的水合离子基团，导致锌离子在正极活性材料内部的扩散动力学缓慢，并导致锌离子电池的比容量远低于理论容量，大大限制了电池的循环性能和倍率性能。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供一种可以用作锌离子电池的正极材料的化合物，提升锌离子电池的循环性能和倍率性能。

2、本发明的第二目的是提供上述化合物的制备方法。

3、本发明的第三目的是提供上述化合物的应用。

4、为实现第一目的，本发明提供焦磷酸锌锰化合物，化学分子式表示为(mn0.93zn0.07)2p2o7，可以作为锌离子电池的正极材料。

5、为实现第二目的，本发明提供焦磷酸锌锰的制备方法，包括以下步骤：将锌盐、锰盐溶于去离子水或有机溶剂中形成金属盐溶液，调节金属盐溶液的温度不高于10℃，然后在金属盐溶液中加入焦磷酸，搅拌反应一段时间后，离心、洗涤、干燥得到焦磷酸锌锰。

6、在进一步的优选方案中，所述锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰中的至少一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙酮中的至少一种。

7、在进一步的优选方案中，所述金属盐溶液的浓度为1~3mol/l。

8、在进一步的优选方案中，所述锌盐、锰盐和焦磷酸的摩尔比为0.15：2：1~2。

9、在进一步的优选方案中，所述搅拌反应的时间为5~10h。

10、在进一步的优选方案中，所述干燥的温度为60-100℃，时间为4-20h。

11、为实现第三目的，本发明提供上述焦磷酸锌锰化合物在锌离子电池中的应用。

12、本发明具有以下明显的有益技术效果：

13、（1）焦磷酸锌锰为本发明合成的新物质，为化工材料领域增添了新成员。

14、（2）本发明合成焦磷酸锌锰作为锌离子电池的正极材料，为水系锌离子电池的正极材料提供了新的选择。

15、（3）本发明通过一步液相法合成焦磷酸锌锰，工艺简单易实现，对设备的宽容度非常高。

16、（4）本发明制备得到的焦磷酸锌锰物相纯度高、结构均一性好、颗粒大小一致，作为锌离子电池的正极材料，可有效提升锌离子电池的循环性能和倍率性能。

技术特征：

1.一种化合物，其特征在于，所述化合物为焦磷酸锌锰，化学分子式表示为(mn0.93zn0.07)2p2o7。

2.如权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锌盐、锰盐溶于去离子水或有机溶剂中形成金属盐溶液，调节金属盐溶液的温度不高于10℃，然后在金属盐溶液中加入焦磷酸，搅拌反应一段时间后，离心、洗涤、干燥得到焦磷酸锌锰。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰中的至少一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙酮中的至少一种。

4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液的浓度为1~3mol/l。

5.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐、锰盐和焦磷酸的用量摩尔比为0.15：2：1~2。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的时间为5~10h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60-100℃，时间为4-20h。

8.如权利要求1所述的化合物在锌离子电池中的应用。

技术总结
本发明公开了焦磷酸锌锰化合物，其化学分子式表示为(Mn<subgt;0.93</subgt;Zn<subgt;0.07</subgt;)<subgt;2</subgt;P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;。将锌盐、锰盐溶于去离子水或有机溶剂中形成金属盐溶液，调节金属盐溶液的温度不高于10℃，然后在金属盐溶液中加入焦磷酸，搅拌反应一段时间后，离心、洗涤、干燥即得到焦磷酸锌锰。焦磷酸锌锰化合物可以作为锌离子电池的正极材料，提升锌离子电池的循环性能和倍率性能。

技术研发人员：舒双,彭馨瑶,周亚楠,孙鹏,汪宝进
受保护的技术使用者：兰溪博观循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15