[發(fā)明專利]一種鋅二次電池用金屬氧化物修飾的氧化鋅管復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811435518.2
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN111244399B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 田忠良;賴延清;羅飛林;李松賢;楊凱;趙澤軍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/52;H01M4/54;H01M10/38;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明涉及屬于電池材料領域，具體涉及一種鋅二次電池用氧化鋅管@金屬氧化物復合負極材料；包括氧化鋅管以及負載在氧化鋅管上的金屬M1的氧化物和金屬M2的氧化物；所述的金屬M1為Bi、Sb、Hg、Sn、Ag、Ti、In中的至少一種；金屬M2為Ga、Ni、La、Ba、Al、Ca中的至少一種。本發(fā)明還提供了所述的負極材料的制備方法。該材料用作堿性鋅空氣二次電池鋅負極活性材料時，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。本發(fā)明材料結構設計合理、制備工藝簡單，所得產(chǎn)品性能優(yōu)良，便于大規(guī)模的工業(yè)化應用。

技術領域

本發(fā)明公開了一種鋅二次電池用負極材料及其制備方法，屬二次電池領域，特別涉及堿性二次電池用鋅負極材料及制備方法。

背景技術

鋅空氣電池以Zn/ZnO作為負極活性物質，高濃度堿溶液作為電解質，具有比能量高、工作電壓穩(wěn)定、安全等特點。然而，在高濃度堿溶液中，活性物質鋅的析氫過電位較低，并且易于溶解，從而導致二次電池負極在充放電過程中發(fā)生析氫與腐蝕等現(xiàn)象，降低電池的庫倫效率和循環(huán)性能。

為此，人們從活性物質本身特性或加入某些添加劑對材料性能進行改性，以期能提高其作為鋅二次電池負極時的綜合性能。如采用納米氧化鋅取代商業(yè)氧化鋅^[1]，或者向電極中添加具有高析氫過電位的金屬氧化物^[2,3](如Sn、Bi、Al、Ca、Cu等氧化物)。

現(xiàn)有方法盡管可減緩材料的腐蝕、抑制鋅枝晶的生長，但由于以物理方式與活性物質相混合，所獲材料中金屬氧化物分散不均勻，且與活性物質未能充分接觸，其對鋅負極材料性能的提升受到了影響。

[1]YuanYF,TuJP,WuH M,YangYZ,Shi D Q,Zhao X B.Electrochimica Acta(ElectrochimicaActa),2006,51(18):3632-3636.

[2]KimH,Shin H.Journal ofAlloys andCompounds,2015,645:7-10.

[3]Zhang Z,Yang Z,WangR,Feng Z,Xie X,Liao Q.ElectrochimicaActa,2014,134:287-292.

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有鋅二次電池負極電化學性能較差的技術問題，本發(fā)明第一目的在于提供一種鋅二次電池用氧化鋅管@金屬氧化物復合負極材料(本發(fā)明也簡稱為復合負極材料或者鋅電池負極)，旨在提高鋅二次電池的電化學性能。

本發(fā)明第二目的在于，提供一種所述的鋅二次電池用氧化鋅管@金屬氧化物復合負極材料的制備方法。

一種鋅二次電池用氧化鋅管@金屬氧化物復合負極材料；包括氧化鋅管以及負載在氧化鋅管上的金屬M1的氧化物和金屬M2的氧化物；所述的金屬M1為Bi、Sb、Hg、Sn、Ag、Ti、In中的至少一種；金屬M2為Ga、Ni、La、Ba、Al、Ca中的至少一種。

本發(fā)明創(chuàng)新地在氧化鋅管上負載金屬M1氧化物和金屬M2氧化物，利用所述的形貌以及物質成分之間的協(xié)同，顯著改善該復合負極材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等電學性能。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為進一步提升該復合負極材料的電學性能，可以進一步控制氧化鋅管參數(shù)、金屬氧化物復合形態(tài)、粒徑以及含量。

作為優(yōu)選，所述的氧化鋅管的直徑200～600nm，管壁厚50～100nm，長度1～10μm。研究發(fā)現(xiàn)，將氧化鋅管的直徑、管壁以及長度控制在所要求的范圍內，可以進一步協(xié)同所述的金屬M1氧化物和金屬M2氧化物，進一步提升該材料在鋅二次電池方面的應用性能。

進一步優(yōu)選，所述的氧化鋅管的直徑300～400nm，管壁厚60～70nm，長度4～70μm。