[發(fā)明專利]堿性二次電池負極材料[CuxZnyNizFe2O4]及使用該負極材料的電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710782777.1
• 申請日: 2017-09-03
• 公開（公告）號: CN107706367B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 上官恩波;王芹;李晶;付淑倩;常照榮;李全民
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/52;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/24
• 代理公司: 41139 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 路寬<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發(fā)明公開了一種堿性二次電池負極材料Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄及使用該負極材料的電池，屬于二次電池負極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點為：堿性二次電池負極材料，由尖晶石型結(jié)構(gòu)復(fù)合鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]或尖晶石型結(jié)構(gòu)復(fù)合鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]與碳材料組成的復(fù)合材料構(gòu)成，其中0.95≥x≥0.5，0.5＞y＞0，0.5＞z＞0,x+y+z=1。本發(fā)明還公開了該堿性二次電池負極材料的制備方法及其在堿性二次電池負極板中的應(yīng)用。本發(fā)明制得的負極材料0.2C放電克容量達到530mAh/g，5C放點克容量達到480mAh/g，采用該負極材料制備的堿性二次電池具有成本低廉、高倍率性能好和循環(huán)壽命長的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于堿性二次電池負極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堿性二次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(shù)

堿性二次電池(譬如鎘鎳二次電池、氫鎳二次電池、鋅鎳二次電池、鐵鎳二次電池)相對于鋰離子電池，由于具有安全性好和性價比高等獨特優(yōu)點，被人們廣泛應(yīng)用于各種儲能裝置。由于鎘負極存在的環(huán)境污染問題，鎘鎳二次電池在民用市場的應(yīng)用目前已受到限制。由于儲氫合金負極活性物質(zhì)價格較高，氫鎳電池的發(fā)展受到了極大地限制。鋅鎳二次電池市場目前處于發(fā)展中。但由于鋅鎳二次電池使用的鋅負極存在形變和枝晶等問題，該類型電池的循環(huán)壽命較差，亟待提高。近年來，鐵鎳二次電池的發(fā)展廣受關(guān)注。然而，以四氧化三鐵為主要活性物質(zhì)的鐵負極一直存在鈍化和析氫的問題，造成其倍率性能差(＜ 2C)和活性物質(zhì)利用效率低(實際克容量僅能達到200-300mAh/g)，嚴重制約了該類型電池的發(fā)展。堿性二次電池通常使用的是工藝相對成熟的鎳正極，負極的相關(guān)技術(shù)進步顯然是制約其發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。目前，新型負極材料的開發(fā)是促進堿性二次電池發(fā)展的重要手段，受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種價格低廉、倍率性能好且循環(huán)性能優(yōu)異的新型堿性二次電池負極材料及其制備方法和使用該負極材料的電池。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，堿性二次電池負極材料，其特征在于由尖晶石型結(jié)構(gòu)鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]或尖晶石型結(jié)構(gòu)鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]與碳材料組成的復(fù)合材料構(gòu)成，其中0.95≥x≥0.5，0.5＞y＞0，0.5＞z＞0，x+y+z＝1。

進一步限定，所述尖晶石型結(jié)構(gòu)鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]與碳材料組成的復(fù)合材料中碳材料為鱗片石墨、碳納米管、石墨烯、乙炔黑、科琴黑或碳纖維，復(fù)合材料中碳材料的質(zhì)量百分含量為0.1％-20％。

本發(fā)明所述的堿性二次電池負極材料的制備方法，其特征在于所述尖晶石型結(jié)構(gòu)鐵酸鹽[Cu_xZn_yNi_zFe₂O₄]負極材料的具體合成步驟為：

(1)將可溶性銅鹽、可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽和可溶性鋅鹽加入到去離子水中配制成摩爾濃度為0.5-7mol/L的銅鐵鎳鋅復(fù)合鹽溶液；

(2)將堿性氫氧化物溶于去離子水中配制成摩爾濃度為1-8mol/L的堿性溶液；