[發(fā)明專利]鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料、制備方法及電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110498110.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113206245B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪飛;王自強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇勁源新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/58
• 分類號(hào): H01M4/58;H01M10/24
• 代理公司: 淮安菁聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32378
• 代理人: 張麗

本發(fā)明公開了鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料及其制備方法，采用水熱法制備Cu?Ni雙金屬氫氧化物負(fù)載于集流體上，進(jìn)一步硫化改性制備負(fù)載Cu?Ni雙金屬硫化物的集流體，后經(jīng)洗滌、干燥獲得；同時(shí)制備獲得采用該正極材料制備的高性能堿性水系鋅電池。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中堿性水系鋅電池循環(huán)性能差，容量低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料及其制備方法，以及采用該正極材料制備的高性能堿性水系鋅電池。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔、可持續(xù)的能源變得越來越重要。然而，這些資源是間歇性的，而不是持續(xù)可用的。因此，電池系統(tǒng)在儲(chǔ)存間歇能源方面起著重要的作用。如今，鋰離子電池得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于鋰資源有限，鋰離子電池的高成本以及需要使用有機(jī)電解質(zhì)阻礙了其發(fā)展。安全問題和無(wú)水厭氧運(yùn)行條件也是制約其進(jìn)一步發(fā)展的原因，因此尋找替代材料建設(shè)新的儲(chǔ)能系統(tǒng)迫在眉睫。金屬鋅具有較低的氧化還原電位(堿性條件下?1.260 V), 高容量（820 mAh g-1），價(jià)格低廉和資源豐富等特點(diǎn)，因此水系鋅基可充電電池是一種極有發(fā)展前景的新型化學(xué)儲(chǔ)能電源。但是堿性水系鋅電池依舊存在著很多問題，其中受關(guān)注最多的依舊缺乏優(yōu)良的正極材料。因此，尋找一種循環(huán)性能好、比容量高的正極材料仍然是水系可充電鋅電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前，二氧化錳及其他的金屬氧化物（如釩類氧化物）是研究最多的一類水系鋅基電池正極材料，然而金屬氧化物較低的比容量和循環(huán)壽命限制了它們?cè)谒典\基電池中的實(shí)際應(yīng)用。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，尋找一種高容量、長(zhǎng)循環(huán)的的新型鋅基電池正極材料勢(shì)在必行。

相對(duì)于金屬氧化物，金屬硫化物具有更好的導(dǎo)電性能，充放電過程中更有利于電子在材料中的傳輸，因此能夠獲得更好的倍率性能和更高的功率密度。本發(fā)明使用鎳、銅雙金屬硫化物作為水系鋅基電池的正極材料，通過鎳和銅的協(xié)同作用并使用硫化的方式對(duì)其改性，這種新型的雙金屬硫化物正極材料解決了金屬氧化物在水系電池中存在的能量密度低、功率密度低、循環(huán)壽命短等一系列問題，使其具有優(yōu)良電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種解決上述問題的鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料及其制備方法，同時(shí)制備獲得采用該正極材料制備的高性能堿性水系鋅電池，解決現(xiàn)有技術(shù)中堿性水系鋅電池循環(huán)性能差，容量低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料，由Ni、Cu、S以及集流體組成，其中Ni、Cu 的摩爾比例為3:1~6:1，Ni、S的摩爾比例為1:1~ 6:1，Cu、S的摩爾比例為1:3~ 1:6。

所述鎳前驅(qū)體是氯化鎳、硝酸鎳、硫化鎳中的一種。

所述銅前驅(qū)體是氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、碳酸銅、氫氧化銅中的一種。

所述硫前驅(qū)體是尿素、硫脲、硫代乙酰胺、谷胱甘肽、硫化鈉中的一種。

所述集流體是碳紙、碳布、銅箔、鎳箔中的一種。

進(jìn)一步優(yōu)選，Ni、S的摩爾比例為1:1~ 2:1，Cu、S的摩爾比例為1:3~ 1:5。

本發(fā)明還提供了一種簡(jiǎn)單的制備鎳銅雙金屬硫化物堿性水系鋅電池正極材料的方法，

（1）取鎳前驅(qū)體、銅前驅(qū)體充分溶解，混合攪拌，Ni、Cu 的摩爾比例為3:1~6:1；然后將集流體置于溶液中，采用水熱法制備Cu-Ni雙金屬氫氧化物負(fù)載于集流體上，水熱溫度140-180℃，反應(yīng)時(shí)間10-12h；

（2）將負(fù)載Cu-Ni雙金屬氫氧化物的集流體浸入硫前驅(qū)體溶解液中進(jìn)行硫化反應(yīng)，硫化溫度120℃-160℃，反應(yīng)時(shí)間3-4h；其中Ni、S的摩爾比例為1:1~ 6:1，Cu、S的摩爾比例為1:3~ 1:6；