一種鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋅鎳二次電池具有比能量、比功率高，工作電壓高，原料豐富，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有望替代鉛酸電池或部分鋰離子電池，用作動(dòng)力或儲能電池。但是，鋅鎳二次電池存在容量衰減、循環(huán)壽命較短等問題，阻礙了其發(fā)展。其主要原因是負(fù)極活性物質(zhì)氧化鋅在堿性電解液中溶解度較高，在充放電過程中發(fā)生析氫等。因此，研宄者做了大量工作，如在鋅負(fù)極活性物質(zhì)中直接加入Bi203、ln203、Pb3O4, SnO2, CdO, HgO等抑氫劑；在電解液中加入Ba (OH) 2、Sr (OH)2、Ca(OH)2、PO4' S142' H3BO3等鋅離子溶解抑制劑；用導(dǎo)電性較好的物質(zhì)如Ag、C、Ce203、La2O3等對氧化鋅進(jìn)行摻雜、包覆等；使用不同形貌納米氧化鋅；采用新型鋅化合物如鋅酸鈣、含鋅水滑石等。磷酸鋅鈉是一種在堿性溶液中難以溶解的化合物，其結(jié)構(gòu)中賦存的金屬鋅離子具有氧化還原性能。本發(fā)明在氧化鋅表面首次原位合成磷酸鋅鈉包覆層，提高了氧化鋅電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明方法通過表面原位化學(xué)轉(zhuǎn)化合成磷酸鋅鈉包覆氧化鋅復(fù)合材料，并以此作為鎳鋅二次電池的負(fù)極活性物質(zhì)，以提高鋅鎳二次電池氧化鋅負(fù)極材料的循環(huán)充放電性會K。
[0005]具體步驟為:
(I)按摩爾比2.5:1.1分別稱取氧化鋅和磷酸氫二鈉先后分散于蒸餾水中，制得混合分散液。
[0006](2)用質(zhì)量百分比濃度為20%的氫氧化鈉水溶液將步驟(I)制得的混合分散液的pH值調(diào)節(jié)至9.0-14.0，在80°C下攪拌反應(yīng)0.5-4.0小時(shí)，然后過濾，用蒸餾水洗滌至濾液pH值為中性，將濾出物在110°C烘箱中干燥2小時(shí)，即制得鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料。
[0007]本發(fā)明方法操作簡單，所制得的復(fù)合負(fù)極材料循環(huán)性能穩(wěn)定，經(jīng)過150次充放電循環(huán)后比容量仍可達(dá)520 mAh/g，能夠有效改善鋅鎳二次電池負(fù)極材料的充放電循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0008]圖1為氧化鋅(a)、磷酸鋅鈉(b)和本發(fā)明實(shí)施例制備的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料(c)的X-射線衍射(XRD)圖譜。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例使用的氧化鋅原料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例制備的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0011]圖4為本發(fā)明實(shí)施例制備的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的表面電子能譜(EDS)圖。
[0012]圖5為本發(fā)明實(shí)施例制備的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料與氫氧化鎳正極在lwt%L1H+25wt%KOH電解液中測試獲得的充放電曲線。
[0013]圖6為用本發(fā)明實(shí)施例制備的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料與氫氧化鎳正極組成的鋅鎳實(shí)驗(yàn)電池的循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例:
稱取20.0克市售分析純氧化鋅(ZnO含量多99.0%)超聲分散于蒸餾水中制得氧化鋅分散液，接著稱取38.9克市售分析純磷酸氫二鈉(Na2HPO4.12H20含量彡99.0%)溶解于氧化鋅分散液中制得混合分散液，用質(zhì)量百分比濃度為20%的氫氧化鈉水溶液將該混合分散液的PH值調(diào)節(jié)至11.5，然后置于80 °0水浴鍋中，開啟磁力攪拌器，反應(yīng)2.0小時(shí)。然后，過濾，用蒸餾水洗滌至濾液PH為中性，將濾出物在110°C烘箱中干燥2小時(shí)，即制得鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料。
[0015]稱重，估算磷酸鋅鈉的包覆量為15.7%ο X-射線衍射儀測定結(jié)果表明，產(chǎn)物中包含六方晶系手性磷酸鋅鈉和六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅兩種物相(見附圖1);掃描電子顯微鏡測試結(jié)果顯示，原位化學(xué)反應(yīng)包覆使得氧化鋅本來十分清晰的棱角變得圓滑，表明磷酸氫二鈉已經(jīng)與氧化鋅表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)(見附圖2和附圖3) ;X射線能譜分析表明，復(fù)合材料的表面生成了手性磷酸鋅鈉(見附圖4)。
[0016]按質(zhì)量比為8:1:1稱取本實(shí)施例制得的鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料、石墨和乙炔黑置于研缽中研磨10分鐘，加入無水乙醇和適量60%的PTFE乳液，研磨成膏狀漿料，將漿料涂覆在黃銅網(wǎng)上，置于80°C的烘箱干燥4小時(shí)，用對輥機(jī)碾壓至厚度為0.25毫米，裁剪，稱重，制得磷酸鋅鈉包覆氧化鋅復(fù)合負(fù)極材料電極片。以泡沫鎳作為集電極，市售電池級氫氧化鎳(貴港市捷力電池有限公司提供)作為正極活性材料，采用與負(fù)極片類似的方法制作得到氫氧化鎳正極片。以25wt%K0H + lwt%L1H溶液(用市售分析純試劑和蒸餾水配制)作為電解液，組裝模擬鋅鎳電池。電池的充放電曲線如圖5所示，其工作電壓約為1.8 V。電池的循環(huán)充放電性能如圖6所示，其前10次充放電循環(huán)的比容量呈上升趨勢，是電池的活化階段；之后至150次循環(huán)，電池的比容量維持在520 mAh/g左右，表明電池具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)按摩爾比2.5:1.1分別稱取氧化鋅和磷酸氫二鈉先后分散于蒸餾水中，制得混合分散液； (2)用質(zhì)量百分比濃度為20%的氫氧化鈉水溶液將步驟(I)制得的混合分散液的pH值調(diào)節(jié)至9.0-14.0，在80°C下攪拌反應(yīng)0.5-4.0小時(shí)，然后過濾，用蒸餾水洗滌至濾液pH值為中性，將濾出物在110°C烘箱中干燥2小時(shí)，即制得鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料的制備方法。按摩爾比2.5:1.1分別稱取氧化鋅和磷酸氫二鈉先后分散于蒸餾水中，制得混合分散液；用質(zhì)量百分比濃度為20%的氫氧化鈉水溶液將制得的混合分散液的pH值調(diào)節(jié)至9.0~14.0，在80℃下攪拌反應(yīng)0.5~4.0小時(shí)，然后過濾，用蒸餾水洗滌至濾液pH值為中性，將濾出物在110℃烘箱中干燥2 小時(shí)，即制得鎳鋅二次電池復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明方法操作簡單，所制得的復(fù)合負(fù)極材料循環(huán)性能穩(wěn)定，經(jīng)過150次充放電循環(huán)后比容量仍可達(dá)520 mAh/g，能夠有效改善鋅鎳二次電池負(fù)極材料的充放電循環(huán)性能。
【IPC分類】H01M4-48, H01M4-36
【公開號】CN104852031
【申請?zhí)枴緾N201510209966
【發(fā)明人】楊建文, 游海平, 鄧型深, 楊貴鈞, 虞萍, 龐從鑫
【申請人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月29日