[發明專利]一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710406273.X
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107123804B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 田忠良;賴延清;張志劍;郭偉昌;楊超;趙澤軍;張凱;張紅亮;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M12/08
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顏勇<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料，其特征在于：所述氧化鋅負極材料具有雙包覆層結構；所述雙包覆層結構為：在氧化鋅與外包覆層之間還均勻分布有內包覆層；所述內包覆層為聚合物包覆層；所述聚合物包覆層中所用聚合物選自耐強堿的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或丙烯酸和甲基丙烯酸共聚物中的一種；所述外包覆層為氫氧化銦和/或二氧化錫層；

所述氧化鋅負極材料的雙包覆層總厚度為4～28nm，內包覆層厚度為2～15nm，外包覆層厚度為2～26nm。

2.一種制備如權利要求1所述的鋅空氣電池氧化鋅負極材料的方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟一

將氧化鋅粉末超聲分散到去離子水中，加入氨基硅烷偶聯劑，攪拌至少2小時后，固液分離，清洗分離所得固體，干燥，得到表面改性的氧化鋅粉末；

步驟二

將步驟一所得表面改性的氧化鋅粉末加入到聚合物單體溶液中，攪拌均勻后，在60～95℃進行聚合；反應結束后，固液分離，清洗固液分離所得固體，干燥，得到包覆有聚合物層的氧化鋅粉末；所述聚合物單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一種；

步驟三

將步驟二所得包覆有聚合物層的氧化鋅粉末置于外包覆層反應液中，于40～100℃進行沉積反應；反應結束后，固液分離，清洗固液分離所得固體，干燥，得到鋅空氣電池氧化鋅負極材料；所述外包覆層反應液中含有三價的In和/或六價的Sn；所述外包覆層反應液中含有環六亞甲基四胺；所述外包覆層反應液中環六亞甲基四胺的濃度為0.05～0.15mol/L。

3.根據權利要求2所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：步驟一中，

所述氧化鋅粉末的粒度為0.1-2微米；

氨基硅烷偶聯劑的用量為氧化鋅粉末用量的10～100wt％；將氧化鋅粉末超聲分散到去離子水中，加入氨基硅烷偶聯劑后，溶液中氨基類硅烷偶聯劑的濃度為0.0045～0.045mol/L；所述氨基硅烷偶聯劑包括氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。

4.根據權利要求2所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：步驟一中，攪拌2-6小時后，產物經離心分離后，用乙醇和水交替洗去過量偶聯劑，真空干燥，得到表面氨基功能化的氧化鋅粉末。

5.根據權利要求2所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：步驟二中，聚合物單體的用量為氧化鋅質量的0.43～6％；所述聚合物單體溶液中，聚合物單體的濃度為0.1～1.395mmol/L。

6.根據權利要求2所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：步驟二中，將步驟一所得表面改性的氧化鋅粉末加入到聚合物單體溶液中，攪拌均勻后，加入引發劑，在60～95℃進行聚合3～8h后；離心分離，用乙醇和水交替洗滌后，真空干燥，得到包覆有聚合物層的氧化鋅粉末；所述聚合物單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一種；引發劑用量為聚合物單體質量的1.5～4％。

7.根據權利要求2所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：步驟三中，將步驟二所得包覆有聚合物層的氧化鋅粉末置于外包覆層反應液中，于40～100℃進行沉積反應4～24h后；經離心分離、去離子水洗滌、真空干燥，得到鋅空氣電池氧化鋅負極材料；所述外包覆層反應液的溶劑由乙醇和水按體積比1:1-3組成；所述外包覆層反應液中含有In³⁺和/或SnO₄^2-、且外包覆層反應液中In³⁺和/或SnO₄^2-的濃度為0.2～8mmol/L。

8.根據權利要求7所述的一種鋅空氣電池氧化鋅負極材料的制備方法；其特征在于：所述外包覆層反應液中，In³⁺的濃度為0.9～2.8mmol/L，SnO₄^2-的濃度為2～5mmol/L。