[發明專利]一種鋅鎳單液流電池用正極材料及制備和應用

有效

• 申請號: 201711106271.5
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN109786677B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 賴勤志;李先鋒;張華民;宋楊;許鵬程;劉新運;鄭建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所;陜西華銀科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/32
• 分類號: H01M4/32;H01M4/36;H01M4/52;H01M4/58;H01M10/30
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種鋅鎳單液流電池用正極材料及制備和應用，所述正極材料由氧化鎳顆粒和金屬硫化物構成，金屬硫化物包覆于氧化鎳顆粒表面；所述金屬硫化物為Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一種或二種以上的硫化物。本發明首次提出硫化鎳代替氧化鈷包覆在氧化鎳表面作為鋅鎳液流電池正極。解決現有材料循環性能差，包覆材料價格較高的問題。

技術領域

本發明涉及鋅鎳液流電池電極材料領域，具體為一種鋅鎳單液流電池用正極材料及制備和應用。

背景技術

鋅鎳液流電池是一種新型的低成本、高效率、環境友好型的液流電池，具有能量密度和電流效率高、裝置簡單易操縱、使用壽命長、成本低廉等優點，主要應用于電網調峰、風能和太陽能等可再生能源發電、電動汽車等領域。

鋅鎳液流電池電解液是流動的鋅酸鹽堿性溶液，電池中不使用離子交換膜，通過電池腔內離子的自由流動與外電路電子的定向運動構成電流回路。

但是，由于氧化鎳的低電導率特點以及體積膨脹問題，導致其穩定性較差，目前通常是在氧化鎳表面包覆氧化鈷，形成復合材料，以限制循環過程中的體積膨脹，提高導電性。

然而，鈷的價格較高，難以滿足大規模應用。而氧化鎳在高溫下容易發生晶型轉變，難以進行炭包覆。

發明內容

本發明目的在于提供一種氧化鎳表面被金屬硫化物均勻包覆的鋅鎳液流電池正極材料及制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種鋅鎳單液流電池用正極材料，所述正極材料由氧化鎳顆粒和金屬硫化物構成，金屬硫化物包覆于氧化鎳顆粒表面；所述金屬硫化物為Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一種或二種以上的硫化物。

正極材料中氧化鎳質量百分含量60％-90％，氧化鎳顆粒粒徑在100nm-1um。

包括如下制備步驟，

將氧化鎳顆粒、水溶性金屬硫化物和有機添加劑混合后用水熱絡合反應溶解形成溶液或溶膠，超聲分散，加入摩爾濃度為0.05-1mol/L的含金屬離子的溶液，反應后自然冷卻，用有機溶劑和去離子水分別洗滌、過濾，干燥得到金屬硫化物包覆的氧化鎳正極材料。

所述水溶性金屬硫化物為硫化鈉、硫化鉀、硫化銫中的一種或二種以上；

所述有機添加劑為N-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，溴化十六烷基三甲胺(CTAB)、聚乙二醇、Nafion或十二烷基磺酸鈉(SDS)中的一種或二種以上；

水熱絡合反應體系中水溶性金屬硫化物濃度為0.05-1mol/L；

水熱絡合反應體系中有機添加劑的濃度為0.01-1mol/L；

水熱絡合反應體系中氧化鎳顆粒的質量濃度為2-5g/L；

所述水熱絡合反應的溫度為20-60℃，反應時間為2-30h，反應pH為3～12。

所述超聲分散的時間為0.5-3h；

所述含金屬離子溶液的陰離子為醋酸根、硝酸根、Cl^-中的一種或二種以上；金屬為Zn、Fe、Cd、Pb、Cu或Ag中的一種或二種以上。

所述洗滌過程中所用的有機溶劑為無水乙醇，丙酮，丁醇或四氯化碳。

所述正極材料在鋅鎳液流電池中的應用。

本發明所述的鋅鎳液流電池正極材料的制備方法包括如下步驟：

本發明金屬硫化物包覆氧化鎳正極材料的制備原理為：