[發明專利]用于鋅電池的鋅電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911408013.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111146443A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 易金;梁鵬程;劉予宇;張久俊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/42;H01M10/36;C01G25/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明涉及一種用于鋅電池的鋅電極材料，其特征在于該鋅電極材料是將氧化鋯納米顆粒與粘結劑按9：1至1：9的質量比混合后，涂覆在鋅電極表面，得到修飾有納米氧化鋅顆粒的鋅負極材料，納米氧化鋅涂層的厚度為0.1～200μm，所述的氧化鋯納米顆粒與粘結劑的質量比為：9：1至1：9，所述的氧化鋯納米顆粒的大小范圍為10nm至900nm。本發明通過以該新型鋅負極作為電極材料，有效解決了鋅電極的枝晶和腐蝕問題，大大提升了鋅電極的循環性能。

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，具體涉及一種用于鋅電池的鋅電極材料及其制備方法。

背景技術

鋅電池由于具有較低的電極電勢(-0.7618V vs.SHE)、較高的比容量(820mAh/g)、低成本、資源豐富和環境友好而廣泛受到研究者的關注。但是鋅電池中鋅負極目前還面臨巨大的挑戰，如枝晶、腐蝕等。由于這些問題的存在，鋅負極循環壽命相對較差。因此，提升鋅負極的循環性能成為國內外的研究熱點。

在鋅電池的不斷充放電過程中，電極表面不均勻的成核位點和電流密度分布使得初始的鋅沉積變得不均勻，從而導致后續更加不均勻的鋅沉積和溶解，造成鋅枝晶的形成。隨著反應的進行，枝晶的形成會刺破隔膜，造成電池短路，縮短電池的壽命。此外，由于鋅的電極電勢相對于析氫電極電勢較低，因而在鋅電極表面，水中的氫離子優先于鋅離子得到電子，變成氫氣；而金屬鋅只能失去電子，變成鋅離子。析氫反應會使得鋅電極的利用率大大降低，同時也使得循環壽命降低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種用于鋅電池的鋅電極材料。

本發明的另一目的在于提供該一種上述鋅電池的新型鋅電極材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于鋅電池的鋅電極材料，其特征在于該鋅電極材料是將氧化鋯納米顆粒與粘結劑按9：1至1：9的質量比混合后，涂覆在鋅電極表面，得到修飾有納米氧化鋯顆粒的鋅負極材料，納米氧化鋯涂層的厚度為0.1～200μm；所述的氧化鋯納米顆粒與粘結劑的質量比為：9：1至1：9；所述的氧化鋯納米顆粒的大小范圍為10nm至900nm。

根據權利要求1所述的用于鋅電池的鋅電極材料，其特征在所述的納米氧化鋅涂層的厚度為10～100μm

一種制備上述的用于鋅電池的鋅電極材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.將氧化鋯納米顆粒與聚偏氟乙烯按9:1～1:9的質量比均勻研磨，并加入N-甲基吡咯烷酮，直至呈粘稠并可流動的液體，此時得到漿料B；

b.將步驟a所得漿料B均勻涂覆在表面潔凈的鋅箔上，通過涂膜機均勻涂覆為10-100μm厚度的涂層，干燥后即得到用于鋅電池的鋅電極材料。

上述的氧化鋅納米顆粒的制備方法的具體步驟為：將丁醇鋯液體在攪拌狀態下快速加入到乙醇溶液中，配制成均勻分散丁醇鋯溶液，得到溶液A；其中丁醇鋯液體與乙醇的體積比范圍為5：1至1：2；升高溫度至60～80℃，在攪拌狀態下將溶液A中的乙醇溶劑全部蒸干；將剩余物烘干，得到粉末；將該粉體以2～10℃/min，煅燒溫度800～1100℃，煅燒時間2～6h，煅燒后的粉末即為氧化鋅納米顆粒。

本發明的原理如下：通過溶膠-凝膠法合成ZrO₂納米顆粒，將其與粘結劑按比例混合并涂覆在鋅電極表面以得到新型鋅負極。通過該新型鋅負極作為負極材料，促進均勻的鋅沉積和電流分布，有效緩解枝晶和腐蝕問題，大大提升了鋅電極的循環性能。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和效果：

(1)本發明采用溶膠-凝膠法合成ZrO₂納米顆粒，操作簡單，易于制備，成本較低。