[發明專利]一種聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710461905.2
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107275611B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 黃健航;劉光明;洪嘉;王帥星;劉志雷;劉玲玲
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/60;H01M4/62;B82Y30/00;H01M10/30
• 代理公司: 36122 南昌市平凡知識產權代理事務所
• 代理人: 張文杰<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種具有核殼結構的聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料及制備方法。聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅以納米球狀氧化鋅作為核，聚吡咯為殼包覆在氧化鋅顆粒表面。其過程為向鋅源中加入沉淀劑如六亞甲基四胺等，通過水熱反應制得納米球狀氧化鋅顆粒；將納米氧化鋅加入到含有表面活性劑的溶液中，形成氧化鋅溶膠，加入吡咯單體及氧化劑進行原位氧化聚合，在氧化鋅顆粒表面形成聚吡咯包覆層。本發明制備的核殼結構聚吡咯包覆的納米氧化鋅具有較大的比表面積，在提高了其活性同時，能很好防止納米氧化鋅顆粒的團聚，聚吡咯包覆層的存在有效緩解了氧化鋅顆粒在充放電過程中枝晶的形成，顯著提高了電極循環壽命。

技術領域

本發明涉及一種聚吡咯包覆的納米氧化鋅材料及制備方法，應用于鎳鋅堿性二次電池負極中可有效提高電極的可逆性及庫倫效率，提高電極的循環壽命，具體屬于堿性二次鎳鋅電池負極材料技術領域。

背景技術

作為水溶液一次電池體系中使用最廣泛的負極材料，鋅電極具有很多的優點，比如高能量密度，高開路電壓，對環境無污染，且儲量豐富，成本低廉。所以將鋅電極應用在堿性二次電池中的嘗試一直受到人們關注。但是在作為二次電池負極材料時，由于其放電產物易溶于電解液，致使在充電過程中，溶解了的活性物質又會不均勻地沉積到鋅電極上，促使枝晶的生長以及電極的形變，導致放電容量迅速衰減，循環壽命低。

為了提高鋅電極的循環壽命，在活性材料中加入添加劑是常用方法，如在電極材料中加入鈣，鉍，錫，銦，銀和鈦等金屬氧化物或氫氧化物，能夠一定程度夠抑制鋅電極枝晶以及形變的產生。有機添加劑主要用于電解液，用于改善鋅沉積的均勻性。然而，無機添加劑與活性物質的接觸不夠充分，主要作用是提高了析氫電位，對放電產物的溶解沒有明顯作用，而有機添加劑增大了電極極化，是充放電效率降低，且容易在充放電過程中分解。

聚吡咯(PPy)作為一種最常見的導電聚合物，具有π共軛電子的大環結構，摻雜后其具有高導電性，高穩定性，應用范圍廣泛，如超級電容器，防腐蝕涂層以及化學傳感器等，其諸多優秀的性能引起了科研人員的注意。由于氧化鋅是一種優秀的半導體材料，聚吡咯和氧化鋅的復合帶來了一系列有趣的光電性能，目前研究人員對氧化鋅-聚吡咯復合物的制備進行了較廣泛的研究，制備方法包括化學法和電化學法。張成祥等通過電化學方法合成了聚吡咯/氧化鋅納米復合材料，聚吡咯呈典型的菜花狀結構，白色的ZnO 顆粒夾雜在PPy中，填充在PPy 顆粒間的縫隙中。Rastogi等通過電化學方法制備了PPy包覆棒狀氧化鋅，表現出較好的電容性能。Li等以氣相聚合的方法在氧化鋅極基底上制備了PPy，作為氣體傳感器的材料。從以上分析可知，氧化鋅聚吡咯復合物的制備研究主要集中在電化學方法在大塊基體上的合成。本發明通過化學氧化法在納米球狀氧化鋅表面包覆聚吡咯，不僅簡化了制備方法，摒棄了電化學方法中電壓電流和電極類型對最終產物的影響，同時不需要氣相法中嚴苛的制備條件，能夠實現在納米氧化鋅顆粒表面進行聚吡咯的修飾，應用結果表明聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅具有很好的電化學可逆性和充放電循環性能。

發明內容

針對現有氧化鋅表面改性方法的不足，本發明提供一種聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料及其制備方法，有效抑制了鋅電極充放電過程中鋅枝晶的生成，延長了循環壽命。

本發明一種聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料及制備方法如下：

(1)聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料

聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅材料以粒徑40-150nm的納米球狀氧化鋅為核，表面均勻包覆厚度為5-25nm的聚吡咯殼，其中聚吡咯的質量百分數為5%-20%。

(2) 聚吡咯包覆的納米球狀氧化鋅制備方法

步驟1：控制沉淀劑與鋅鹽的摩爾比為1~2∶4，將沉淀劑的去離子水或乙二醇溶液與鋅鹽混合均勻，其后在150~200℃下水熱反應5-10h；產物冷卻至室溫后進行過濾，并分別用水、乙醇洗滌3次，然后再經干燥得到納米球狀氧化鋅。