[發明專利]用于增強鎳鋅電池正極的氟摻雜改性方法及其正極材料

有效

• 申請號: 202010112943.9
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN113299898B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 支春義;李學進;李洪飛;唐子杰;王如強;王瓊柯
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/36;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉曉敏

本發明公開了一種用于增強鎳鋅電池正極的氟摻雜改性方法及其正極材料，本發明通過控制氟元素摻雜量，調控所制備電極材料的形貌、電子結構性質及物相構成，實現氟摻雜對電極材料形貌、電子結構產生了明顯改善作用，利用氟元素摻雜后，電極材料形貌由單一的納米線狀結構轉化為一維、二維復合結構，有利于增強電極材料結構穩定性，從而增強其作為水系鋅基電池正極材料的循環壽命。此外，氟元素摻雜對電極材料中活性金屬價態起到改善作用，從而影響電極材料的電子結構性質及電導率，表現出明顯優異的循環穩定性，使用壽命長。另外，本發明的制備方法簡單、快速、有效，降低了其工業化大規模生產的成本和難度，適宜于大規模工業化生產，應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于電池正極材料技術領域，具體涉及一種用于增強鎳鋅電池正極的氟摻雜改性方法及其正極材料。

背景技術

隨著環境問題日益嚴重及化石能源的日益消耗，開發清潔、可持續的新能源及新能源儲存工藝是迫在眉睫的事情。眾多儲能技術中，鋰離子電池仍占據目前市場的主要地位，但是鋰的低儲量、高成本及安全性問題會限制其進一步發展。水系鋅基電池具有環保、成本低、鋅儲量豐富及安全等優勢，然而目前限制水系鋅基電池快速發展的主要瓶頸是其循環壽命低。導致其循環壽命低的原因包括鋅負極枝晶及正極材料差的穩定性，目前鋅枝晶問題已經通過調控電解液、控制形貌等手段得到有效解決，因此如何增強鋅基電池正極材料的穩定性是至關重要的。

在循環充放電過程中，鋅基電池正極材料通常會發生相轉變、結構坍塌、體積膨脹或活性金屬溶解等問題，從而導致容量衰減?，F階段，科學家們主要致力于解決正極材料的以上難題。例如，Nazar團隊報道了一種利用Zn²⁺和結晶水插層V₂O₅的方法，通過提高V₂O₅的層間距減小電解液離子的傳輸阻力，從而達到穩定電極材料結構的作用。此外，在正極材料進行表面包覆也是一種有效的策略。例如Yanqing Fu等人報道了一種利用碳層保護氧化錳電極的方法。經過120圈充放電循環后，碳包覆氧化錳作為正極材料仍能提供比較高的容量。對正極材料進行納米結構設計能夠有效提高正極材料的循環穩定性，合理的結構設計不僅能夠降低電解液離子傳輸阻力還能夠降低其傳輸路徑，從而起到增強材料穩定性的目的。如Jinping Liu等人設計了一種三維結構的氧化鎳正極材料，在1000次充放電循環后，該電極材料能夠保留初始容量的91％。

從以上文獻可以看出，上述常用方法雖然可以有效提高鋅基電池正極材料的循環穩定性，但是仍存在問題。離子插層、碳材料包覆、納米結構設計通常制備工藝復雜，會增加工藝成本。另外，結構或組分調控在大規模制備中無法精確控制，因此其應用前景不明朗。

發明內容

針對上述的不足，本發明目的在于，提供一種用于增強鎳鋅電池正極的氟摻雜改性方法及其正極材料。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案是：

一種用于增強鎳鋅電池正極的氟摻雜改性方法，其包括以下步驟：

(1)將硝酸鹽、尿素及一定量氟化銨溶解液加入蒸餾水中并攪拌均勻，獲得溶液，其中氟化銨與硝酸鹽的摩爾比為1：1～4，硝酸鹽的濃度為10～100mmol/L，硝酸鹽與尿素的摩爾比為1：4～6，優選為1：5；

(2)將碳布加入步驟(1)中的溶液，以充分浸潤碳布；

(3)將溶液和碳布移至反應釜中，然后進行加熱；

(4)水熱反應完成后，將碳布取出清洗，然后進行干燥，制得正極材料。

作為本發明的一種優選方案，所述步驟(1)的攪拌方式為磁力攪拌，轉速為200～500轉/分鐘，攪拌時間為10～60分鐘。

作為本發明的一種優選方案，所述步驟(2)進行超聲處理10～40分鐘，以充分浸潤碳布。