[發明專利]一種三維多孔ZnO/SnO2

在審

• 申請號: 202210303221.0
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN115057464A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 楊黎春;陳浩亮;劉恒;歐陽柳章;朱敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01G19/02;H01M4/36;H01M4/48;H01M10/24
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種三維多孔ZnO/SnO₂復合材料及其制備方法與在鎳鋅電池中的應用，屬于電池材料技術領域。本發明的一種三維多孔ZnO/SnO₂復合材料的制備方法，具體步驟包括：向草酸溶液中加入一定鋅鹽和錫鹽后加熱攪拌，烘干后在熱處理爐中煅燒，即可得三維多孔ZnO/SnO₂復合材料。該方法操作簡單、成本低廉、對環境友好；所制備的ZnO/SnO₂復合材料相對于實心純ZnO具有較大比表面積和較強的抗腐蝕能力，所形成的三維多孔結構有利于緩解鋅枝晶的生成。本發明的三維多孔ZnO/SnO₂復合材料用于堿性鎳鋅電池體系，表現出優異的結構穩定性、循環穩定性和倍率性能，具有很好的商用價值和應用前景。

技術領域

本發明屬于鎳鋅電池材料技術領域，具體涉及一種三維多孔ZnO/SnO₂復合材料及其制備方法與在鎳鋅電池中的應用。

背景技術

隨著化石燃料的持續消耗和生態環境的逐漸惡化，發展新型清潔的可再生能源變得格外重要。同時，為解決可再生能源(如太陽能、風能、潮汐能等)間歇性或地域性的問題，儲能系統，特別是二次電池得到了飛速發展。其中，基于有機電解質的鋰離子電池的成功應用更是推動了便攜式電子設備和電動汽車的發展。然而，人們對鋰離子電池的安全問題和高成本的擔憂日益增加，這將會剝奪鋰離子電池在大規模儲能中應用的機會。因此，水系可充電電池，如水系鎂、鋁、鋅基電池等，憑借其安全、環保、成本效益高等優點，被視為當前鋰離子電池在大規模儲能方面的應用中極具發展前景的替代品。

在眾多水系電池體系中，水系鋅基電池由于鋅基負極具有較低的氧化還原電位、高容量和低成本以及在一些常規水性電解質中的相對穩定性和相容性等特點，使得相應的電池系統更適合電網規模的儲能系統。因此，近年來很多學術團隊和機構將研究重心轉移到開發新穎的低成本、高安全性、高功率密度的水系鋅基電池體系。以堿性鎳鋅電池為例，其憑借高能量密度、放電平臺高、材料成本低、對環境友好等優點，已經持續發展了很長時間。然而，鋅負極在堿性電解液中仍面臨著較為嚴峻的挑戰(如自腐蝕、枝晶的生成、鈍化、變形、導電性較差等)，導致鎳鋅電池的循環性能和倍率性能仍不能滿足人們的需求。

基于現有鎳鋅電池體系中鋅負極側存在的以上問題，研究人員開發了各種改性策略。如中國專利公開了一種基于多孔碳納米囊原位包覆氧化鋅的鎳鋅電池負極材料的制備方法，該申請案通過加入間二苯酚和甲醛對氧化鋅進行原位聚合包覆，經碳化和二氧化碳造孔處理后，制備了高導電性、高孔體積和大比表面積的多孔碳納米囊原位包覆氧化鋅復合材料。該申請案中碳原子將氧化鋅固定在囊中，以緩解氧化鋅的自腐蝕與溶解，但該申請案的制備過程中需要經歷高溫碳化和二氧化碳造孔處理，整體制備工藝相對復雜；一種用于鋅鎳電池的 ZnO@C負極材料及其制備方法公開了通過原位生長ZIF-8衍生碳包覆ZnO納米復合材料，其核殼結構可以有效緩解鋅負極的溶解和變形；另外，Zhang等(Journal ofPower Sources 407 (2018)137-146)采用高溫水熱反應通過原位生長的方式將ZnO納米片負載到石墨烯上，該負極材料在電流密度為1A/g下表現出較好的循環穩定性(400圈后容量保持率為87％)。然而，這些復合材料仍存在一些問題，如電池容量衰減較快，制備工藝較復雜或制備過程中使用了較昂貴的原材料，商用價值較低。