[发明专利]一种碱性电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，尤其是一种碱性电池负极材料。 

背景技术

锌镍电池是一种绿色环保的极具发展潜力的碱性二次电池，它具有比能量高、比功率大、工作电压平稳、原料廉价丰富并且无污染等优点。然而，锌镍电池负极循环寿命短的问题限制了其商业化应用。锌负极的形变和枝晶是导致锌镍电池循环寿命短的主要原因。锌枝晶生长和锌电极变形都是氧化锌溶解进入到电解液，充电时锌晶体的特殊生长特性和不均匀电沉积引起的。 

针对氧化锌的枝晶和变形问题，国内外研究人员提出了许多方法，其中最有效的方法是采用锌酸钙作为负极活性物质。下列专利文献均公开了采用锌酸钙作为锌镍电池负极活性物质以及锌酸钙的制作方法： 

碱性蓄电池负极活性物质锌酸钙的制备方法，专利号：CN 200410051677.4，公开号：CN 1753212，公开日：2006年3月29日； 

一种电池负极活性物质锌酸钙的制备方法，专利号：CN 200810154155.5，公开号：CN 101746810，公开日：2010年6月23日； 

一种电池负极材料锌酸钙的制备方法及其所用密封装置，专利号CN 200810031055.3，公开号：101264924，公开日：2008年9月17日； 

锌镍二次电池负极材料锌酸钙的制备方法，专利申请号：CN 02129083.0，公开号：CN 1397498，公开日：2003年2月19日； 

锌镍电池负极材料锌酸钙的微波制备方法,专利号：CN 201010275813.3，公开号：101928036，公开日：2010年12月29日。 

采用锌酸钙作为活性物质的主要机理是：(1)锌酸钙不溶解，降低了负极变形；(2)改善电极的润湿性能；(3)使电极上电流密度分布更加均匀等。 

然而，锌酸钙也有许多不足之处：(1)锌酸钙理论比容量较低，因此比能量低，活性物质利用率低；(2)导电性差，增加了锌电极电阻，抑制活性材料的电化学反应，使充电变得困难，因此负极的性能大幅度降低。故而，现有技术中碱性二次锌电极活性物质利用率低、导电性差、充电接受能力差、放电能力差、循环寿命短，(3)锌酸钙活性物质结合力较差，做大容量电极难度较大，必须大量使用粘结剂才能涂膏。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是，提供一种碱性二次锌电极负极材料，由该负极材料制成的二次锌电极活性物质利用率高、导电性好、充电接受能力强、比容量高、循环寿命长。本发明还提供了所述的负极材料的制备方法。 

本发明采用的技术方案是，一种碱性电池负极材料，其特征在于，所述的负极材料是一种掺杂态的氧化锌，采用三价金属离子X³⁺作为主掺杂剂；稀土元素离子M³⁺作为副掺杂剂； 

所述三价金属离子X³⁺与稀土元素离子M³⁺是一种金属盐类化合物，所述的金属盐类化合物是该金属离子X³⁺与稀土元素离子M³⁺的硫酸盐、硝酸盐、或者氯化物。 

优选地，所述负极材料中氧化锌含量为70%-99%摩尔比；三价金属离子X³⁺含量是氧化锌摩尔数的0.1%-29%；稀土元素离子M³⁺含量是氧化锌摩尔数的0.01%-5%。 

更进一步的，所述负极材料中氧化锌含量为85%-99%摩尔比；三价金属离子 X³⁺含量是氧化锌摩尔数的0.1%-15%；稀土元素离子M³⁺含量是氧化锌摩尔数的0.01%-3%。 

优选地，所述的三价金属离子X³⁺选自铁离子Fe³⁺、铬离子Cr³⁺、钴离子Co³⁺、铋离子Bi³⁺、镓离子Ga³⁺、钒离子V³⁺中的任意两种或多种；所述的稀土元素离子M³⁺选自钇离子Y³⁺，镧离子La³⁺，镨离子Pr³⁺，铈离子Ce³⁺,钐离子Sm³⁺,钕离子Nd³⁺，铕离子Eu³⁺中的一种或多种。