[發明專利]鋅鎳電池負極材料及其制備方法和使用該負極材料的電池

有效

• 申請號: 201710136571.1
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106848315B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 上官恩波;李耀;李林倩;李晶;常照榮;李全民
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M10/30
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 于兆惠

本發明公開了一種鋅鎳電池負極材料及其制備方法和使用該負極材料的電池，屬于堿性二次電池負極材料技術領域。本發明的技術方案要點為：鋅鎳二次電池負極材料，由層狀氫氧化物[Zn_xBi_1?x(OH)₂]·[(A^a?)_y·mH₂O]或層狀氫氧化物[Zn_xBi_1?x(OH)₂]·[(A^a?)_y·mH₂O]與石墨烯組成的復合材料構成，其中0.8≥x≥0.4，y>0，m>0。本發明還公開了該鋅鎳二次電池負極材料的制備方法和在鋅鎳二次電池負極板中的應用。本發明采用該新型負極材料制備的鋅鎳二次電池具有比能量高、比功率高和循環壽命長的優點。

技術領域

本發明屬于堿性二次電池負極材料技術領域，具體涉及一種鋅鎳電池負極材料及其制備方法和使用該負極材料的電池。

背景技術

鋅鎳電池作為一種新型堿性二次電池，具有比能量大、比功率高和性價比高等獨特優點，被人們廣泛應用于各種儲能裝置。鋅鎳二次電池市場目前處于快速發展中。然而，該類型電池存在一個問題就是循環壽命相對于其它二次電池要差，這主要是由于鋅鎳二次電池使用的鋅負極存在形變和枝晶等問題，造成其循環性能下降。針對這一問題，科研工作者對鋅負極的改進做了大量研究工作，其中，運用各種添加劑，包括負極添加劑、電解液添加劑等技術手段來緩解這些問題。譬如對于電解液配方進行了改進，除了飽和氧化鋅外，通過一些有益添加劑如氟化鈉、磷酸鈉等的使用，極大地降低了鋅在堿性溶液中的溶解度，從而改善了鋅電極的性能。此外，一些新型負極材料如鋅酸鈣、鋅鋁水滑石等材料也被科研工作者提出提出用作鋅負極活性物質，這些新材料一定程度上也改善了鋅鎳二次電池的循環性能。

層狀氫氧化物（Layered double hydroxides，LDHs）作為一種陰離子型類似于氫氧化物的多功能納米材料，具有很多特殊而優異的性質，除了主層板陽離子可調節（部分取代）外，其層間陰離子的種類及數量可調控。LDHs具有類似于水鎂石Mg(OH)₂型正八面體結構，這些八面體通過邊-邊共享OH 基團形成層，層與層間對頂迭加，層間以氫鍵締合，從而形成了板層結構。獨特的結構使得LDHs具有熱穩定性的同時，在層板化學組成、層間陰離子種類及數量、晶粒尺寸及分布等方面具有可調控性。公開號為CN 102263262A的發明專利提出了一種采用陰離子型鋅鋁基水滑石作為負極活性材料的方法，該發明采用碳酸根型材料作為交換的前驅體，而碳酸根離子的交換速度很慢，同時不容易交換完全，一定程度上會嚴重影響電極材料的活性，而且該發明合成出的產品振實密度較低，很難商業化應用。此外，該類鋁基水滑石結構在強的堿性溶液中存在一個鋁溶出的問題，這會嚴重影響電池的容量性能。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種循環性能優異的鋅鎳二次電池負極材料及其制備方法，該負極材料可以避免鋅鋁基水滑石負極材料存在的克容量偏低和由于鋁的溶出造成其結構穩定性相對較差的問題，采用該新型負極材料能夠降低鋅電極的形變、抑制鋅枝晶的成長和改善鋅負極在堿液中的穩定性，極大提高了鋅鎳二次電池的循環使用壽命。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，鋅鎳二次電池負極材料，其特征在于由層狀氫氧化物[Zn_xBi_1-x(OH)₂]·[(A^a-)_y·mH₂O]或層狀氫氧化物[Zn_xBi_1-x(OH)₂]·[(A^a-)_y·mH₂O]與石墨烯組成的復合材料構成，其中0.8≥x≥0.4，y>0，m >0。