[發(fā)明專利]一種鋅負極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010894522.6
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN114122338A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 程杰;楊裕生
• 申請（專利權）人: 浙江裕源儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/30
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發(fā)明涉及一種鋅負極材料及其制備方法，所述的鋅負極材料包括銅鋅復合物，或碳包覆的銅鋅復合物；其中，所述的銅的狀態(tài)為金屬銅、氧化亞銅、氧化銅中的一種或多種；所述的鋅的狀態(tài)為氧化鋅。本發(fā)明提供的鋅負極材料可用于堿性和中性水溶液的電池體系中，是一種合適的電極活性材料，能同時提高鋅負極循環(huán)壽命及電池的比能量，在電動工具、電動車、電網等儲能方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學工程與工業(yè)裝置領域，特別涉及電池生產技術領域的一種鋅負極材料及其制備方法，可作為電極活性物質用于堿性和中性水溶液的電池體系中。

背景技術

人類社會邁入工業(yè)化以來，對煤和石油等礦物能源的需求巨大，隨著煤和石油等不可再生能源的巨大消耗而資源日益缺乏。二氧化碳排放加劇的溫室效應和日漸嚴重的空氣、生態(tài)環(huán)境的污染已經對我們賴以生活的地球家園構成了較為嚴峻的威脅。大力發(fā)展風能、太陽能等可再生能源是實現我國能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。可再生能源發(fā)電具有時差性和不穩(wěn)定性，限制了其大規(guī)模并網利用。蓄電是解決可再生能源的不穩(wěn)定性問題的一個有效方法，可實現可再生能源大規(guī)模應用。

化學蓄電池是電動工具、電動車、電網等儲能的重要手段，是正在發(fā)展的儲能技術，是智能電網、智能微網和能源互聯(lián)網的關鍵技術之一。電池具有良好的電性能，且容易做到環(huán)保清潔無污染，因此競爭力很強，應用前景非常廣闊。

鋅基電池是化學蓄電池的重要分支，是化學電源的研發(fā)熱點。鋅的貯藏量豐富、價格便宜、比容量高，而且鋅基電池的生產和使用不會對環(huán)境產生污染，是真正的綠色電池負極材料。由于具有這些優(yōu)良特性，鋅基電池，如鋅鎳二次電池、鋅鎳液流電池、鋅溴電池等，備受研究者關注，成為儲能電池的重要研發(fā)方向。

二次鋅電極通常采用涂膏式的氧化鋅(ZnO)電極，由于放電過程中形成的ZnO在堿液中具有較大的溶解度，其循環(huán)過程中易產生鋅枝晶和鋅板形變，使鋅電極的壽命通常限制在300次左右。為改進循環(huán)壽命特性，人們曾嘗試了機械再充式、第三電極充電式等技術方法，通過更換鋅電極或電池外充電等方式達到提高鋅電極循環(huán)性能的目的。機械可再充式簡單易行，但也存在著更換負極操作繁雜、密封不嚴等問題。而采用第三電極充電，仍易產生鋅枝晶和鋅電極形變。近年有研究者采用活性物質與電解液的“體內外”循環(huán)的充電方式，以解決鋅電極在充電過程中產生形變和枝晶的問題，但帶有復雜的循環(huán)裝置和電解液處理系統(tǒng)，使電池的比能量明顯降低，且電池內阻大、維護困難。我們課題組利用ZnO在堿液中溶解度較大的特點，設計了溶解/沉積型液流鋅電極，易解決枝晶、變形和鈍化等問題，克服了目前堿性鋅電極循環(huán)壽命差的缺點，但電池的比能量較低。鋅溴電池等，利用鹵化鋅在近中性溶液中溶解度較大的特點，設計了溶解/沉積型液流鋅電極改善了近中性溶液中鋅電極循環(huán)壽命差的缺點，但電池的比能量也較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種能夠提高鋅負極循環(huán)壽命及電池的比能量的鋅負極材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采取如下技術方案：

本發(fā)明一方面提供了一種鋅負極材料，所述的鋅負極材料包括銅鋅復合物，或碳包覆的銅鋅復合物；其中，所述的銅的狀態(tài)為金屬銅、氧化亞銅、氧化銅中的一種或多種；所述的鋅的狀態(tài)為氧化鋅。

優(yōu)選地，所述的鋅負極材料為含有孔隙的干凝膠。

優(yōu)選地，所述的鋅負極材料的晶粒尺寸為10～200nm。

進一步優(yōu)選地，所述的鋅負極材料的晶粒尺寸為20～120nm。

更進一步優(yōu)選地，所述的鋅負極材料的晶粒尺寸為30～80nm。

優(yōu)選地，所述的鋅負極材料中銅元素和鋅元素的摩爾比為1:4～20。

優(yōu)選地，所述的碳包覆的銅鋅復合物中碳的包覆質量為1～20％。

進一步優(yōu)選地，所述的碳包覆的銅鋅復合物中碳的包覆質量為2～15％。