[發明專利]一種新型鋅鎳電池負極材料的制備及應用

在審

• 申請號: 201710404862.4
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107293753A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 楊建文;張潔;何云龍;李秋
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/04;H01M10/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型鋅鎳電池負極材料，通過簡單的沉淀法合成多孔磷酸鋅材料，并以此作為鋅鎳電池負極活性物質。

背景技術

鋅鎳二次電池因比能量大、工作電壓高、環境友好等優點受到人們的關注。但一直沒能得到廣泛的商業應用，主要是因為鋅負極循環壽命短、放電比容量低等問題，這些問題的主要原因歸結于鋅負極的溶解與析氫副反應的發生。研究人員通過電極添加劑、控制氧化鋅形貌、穩定性鋅酸鈣等途徑來提高鋅負極的電化學性能。這些措施在一定程度上提高了鋅鎳電池的性能，但仍然未能解決鋅鎳電池存在的固有問題。因此，很有必要研制新型鋅鎳電池負極材料。本發明通過一種簡單的沉淀反應制備出多孔磷酸鋅材料，并首次將其用作鋅鎳電池負極材料，發現其具有良好的電化學活性和循環穩定性。

發明內容

本發明的目的是尋找一種新型的鋅鎳電池負極材料，以期解決鋅負極存在的缺陷，進而達到提高鋅鎳電池電化學性能的目的。

具體步驟為：

按1.5:1的摩爾比分別稱取硫酸鋅和磷酸氫二銨，并分別分散于蒸餾水中，將兩者混合，以0.5M的氫氧化鈉調節pH至8.5，在室溫下攪拌2h，然后在室溫下靜置陳化3d，將白色沉淀過濾洗滌，在80℃下干燥12h，得多孔磷酸鋅電極材料。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的磷酸鋅的X-衍射(XRD)圖譜

圖2為本發明實施例1制備的磷酸鋅的掃描電子顯微鏡(SEM)照片

圖3為本發明實施例1制備的磷酸鋅的透射電子顯微鏡(TEM)照片

圖4為本發明實施例1制備的磷酸鋅電極與氫氧化鎳正極在6MKOH+0.32MLiOH電解液中的充放電曲線

圖5為以本發明實施例1制備的磷酸鋅作為負極材料，氫氧化鎳作為正極材料組成的鋅鎳電池循環充放電實驗結果

具體實施方式

實施例1：

按1.5:1的摩爾比分別稱取市售硫酸鋅(ZnSO4·7H2O含量≥99％)和市售磷酸氫二銨((NH₄)₂HPO₄含量≥99％)分別配制濃度為0.1M的溶液。在磁力攪拌下將100ml 0.1M的(NH₄)₂HPO₄溶液緩慢滴加到150ml 0.1M的ZnSO₄·7H₂O溶液中，用0.5M的NaOH溶液調節pH＝8.5，繼續攪拌2h，于室溫下靜置陳化3d得到白色沉淀物，過濾水洗，無水乙醇洗3次，將濾渣在80℃下干燥12h，得到白色磷酸鋅材料。X-射線衍射結果表明，制備的磷酸鋅屬于正交晶系，結晶性好，純度高(見附圖1)；掃描電子顯微鏡觀察結果顯示，得到的產物為長條狀磷酸鋅(見附圖2)；透射電子顯微鏡觀察結果顯示，長條狀磷酸鋅為多孔結構(見附圖3)。

按質量比為8:1:1的比例稱取多孔磷酸鋅、石墨粉、乙炔黑置于研缽中研磨30min，混合均勻后加入適量的無水乙醇和質量分數為60％的PTFE乳液，繼續研磨制成膏狀漿料，將漿料涂覆在黃銅網上，在對輥機上輥壓成型至厚度為0.3mm，在60℃下干燥12h，裁剪，稱重，得到磷酸鋅負極片。以市售氫氧化鎳(貴港市捷力電池有限公司提供)作為鋅鎳電池正極材料，以6M KOH+0.32M LiOH溶液(用市售分析純試劑配制)作電解液，組裝成模擬鋅鎳電池。模擬電池的充放電曲線如圖4所示，多孔磷酸鋅作為負極活性材料時鋅鎳電池的工作電壓約為1.8V。模擬電池的循環性能測試如圖5所示，其最高放電容量可達296.6mA·h/g，進行100次充放電循環后，其比容量為266.7mA·h/g，容量保持率達89.9％，表明多孔磷酸鋅作為鋅鎳電池負極材料具有良好的電化學反應活性和循環穩定性。