[發明專利]一種用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110228708.2
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113023768A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 胡憲偉;王曉麗;李卓;陳鵬;李博;石忠寧;王兆文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01B32/05;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/30
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的制備方法，其特征在于，熱解核殼結構ZnO@ZIF-8核殼納米復合材料制備多孔碳包覆氧化鋅納米復合材料，具體為：

將ZnO@ZIF-8核殼納米復合材料，進行碳化處理，得到用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料；所述的碳化處理是先在500-750℃氬氣氣氛中進行氬氣環境碳化，氬氣環境碳化的升溫速率為3-5℃/min，氬氣環境碳化時間為2-5h；然后在空氣中進行碳化，空氣環境碳化溫度為200-300℃，空氣環境碳化的升溫速率為1-3℃/min，空氣環境碳化時間為1-5h。

2.根據權利要求1所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的制備方法，其特征在于，所述的ZnO@ZIF-8核殼納米復合材料，采用以下步驟制備，具體包括：

步驟一：

將醋酸鋅和二乙二醇混合，在160-180℃反應20-60min，得到反應溶液；其中，按固液比，醋酸鋅：二乙二醇＝1g：(40-60)mL；

將反應溶液自然冷卻至室溫，得到白色懸濁液進行離心分離，洗滌干燥，得到ZnO顆粒；

步驟二：

將ZnO微球和2-甲基咪唑，加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)/H₂O的混合溶液中，攪拌均勻，得到混合液體；其中，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)/H₂O的混合溶液中，按體積比，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)：H₂O＝(1-3)：1；按摩爾比，ZnO微球：2-甲基咪唑＝1：(6-10)；混合液體中，ZnO微球的占比為1g：(580-800)mL；

將混合液體置于60-80℃，保溫20-24h，冷卻至室溫，得到混合產物；

將混合產物離心分離，固相產物洗滌干燥，得到ZnO@ZIF-8核殼納米復合材料。

3.根據權利要求2所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟一中，所述的ZnO顆粒為均勻的球狀結構，微球的粒徑為200-400nm。

4.根據權利要求2所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟一中，160-180℃反應20-60min過程中，伴隨攪拌。

5.根據權利要求2所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟一中，洗滌干燥的參數為：通過無水乙醇和去離子水反復洗滌2～4次，并在真空條件下干燥10～12h。

6.一種用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料，其特征在于，采用權利要求1-5任意一項所述的方法制得，制備的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料為多孔碳包裹氧化鋅納米顆粒形成的核殼結構，粒徑為200-400nm的球狀ZnO為核，厚度為20-40nm的多孔碳層為殼，多孔碳層包覆在ZnO表面。

7.根據權利要求6所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料，其特征在于，所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料的粒徑為240-480nm，比表面積為400-600m²g^-1，孔徑分布主要為20nm以下的微孔和介孔，孔容為0.3-0.4cm³g^-1，電荷轉移電阻為2-10Ω。

8.一種用于鋅鎳電池的ZnO@C負極片，其特征在于，該用于鋅鎳電池的ZnO@C負極片包括的原料為權利要求6或7所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極材料、粘結劑、導電劑和集流體。

9.一種鋅鎳電池，其特征在于，采用權利要求8所述的用于鋅鎳電池的ZnO@C負極片作為負極，以燒結鎳為正極、設置有電池隔膜，采用KOH堿性電解液，工作電壓為1.75V，放電比容量為657-816mAh·g^-1，在1A·g^-1的電流密度下循環50圈后，放電比容量依然可達到259-330mAh·g^-1。