[發明專利]一種復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910111496.2
• 申請日: 2019-02-12
• 公開（公告）號: CN109850912B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王雅東;程旭;張健;劉毅騰;曽招維
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;H01M4/58;H01M10/38;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發明屬于電池領域，具體涉及一種復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料及其制備方法。該材料為非晶態的納米球形顆粒，其中鎳鈷元素與硼元素形成雙金屬硼化物Co?Ni?B。上述復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料可作為堿性水溶液電解質體系電池正極的應用，具體應用方法為，將復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料作活性組分，制成電極，然后將其作為正極使用。具有優異的充放電性能，循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于電池領域，具體涉及一種復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料及其制備方法。

背景技術

堿性水溶液電解質體系電池具有電導率高、功率密度大、材料來源廣泛、成本較低和安全環保等優勢。雖然水溶液電解質具有較窄的電化學窗口，但是可以通過高容量電極材料的應用來構建高能量密度的電化學儲能和轉換裝置，因此具有高倍率性能和高比容量的電極材料是發展水溶液電解質體系電池體系應用的關鍵。

堿性水溶液電解質體系電池主要由正、負極活性物質和電解液等構成，其中正、負極活性物質是影響電池性能的關鍵材料，正、負極材料分別采用不同的電化學氧化還原機制實現電池的能源儲存和釋放。代表性的負極材料有鋅、儲氫合金等。現有的研究和應用表明金屬硼化物材料也可以作為負極材料，應用的原理是硼化物本身的電化學氧化或可逆儲氫特性。

典型的堿性電解質溶液正極材料為鎳電極，是基于氫氧化鎳的可逆氧化還原反應機制。然而由于目前鎳基正極材料存在著活性物質利用率低和導電性差等問題，使得鎳電極的循環性能較差和大電流充放電能力弱。

發明內容

本發明提供一種新型的復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料、制備方法及應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

提供一種復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料，其為非晶態的納米球形顆粒，其中鎳鈷元素與硼元素形成雙金屬硼化物Co-Ni-B。其作為正極材料使用時的正極反應電對為金屬氫氧化物/羥基氧化物電對。

按上述方案，所述的復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料的BET比表面積為大于96m²/g，優選大于110m²/g。

按上述方案，所述的復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料的粒徑為20-100nm，優選為20-50nm。

按上述方案，鈷元素與鈷鎳元素摩爾總量之比為30％-70％，最佳摩爾比例為50％，鈷元素含量較低或者較高時，其初始充放電性能會有所下降，循環性能也會降低。

上述復合雙金屬硼化物的堿性水溶液電解質體系電池正極材料的制備方法，其為微乳液制備方法，包括以下步驟：

e)將表面活性劑分散溶解到去離子水和油相的混合溶液中配置成微乳液；

f)將含有鎳元素和鈷元素的可溶性離子化合物分散到微乳液中；

g)將含有BH₄^-的堿性水溶液邊攪拌邊加入到微乳液中反應生成黑色沉淀；

h)將得到的黑色沉淀過濾并洗滌，在氮氣氣氛或者真空中干燥得到最終產物。

按上述方案，步驟a)所述的表面活性劑與去離子水的比例濃度為0.01-0.2g/ml，油相與去離子水的體積比例為1：1-10，分散方式包括機械攪拌或超聲分散。

按上述方案，步驟c)中的BH₄^-濃度為0.1-5mol/L，堿性溶液的PH值大于8；攪拌方法包括機械攪拌或超聲分散；步驟d)中過濾方式包括直接過濾，抽濾或者離心，干燥條件優選情況為干燥時間4-24h，干燥溫度為30-90℃。