[发明专利]一种改性氧化锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，尤其是一种改性氧化锌的制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展，环境污染与传统能源短缺，人们需要更高效，更环保的能源来替代或补充传统能源，这导致对混合动力电动汽车、电动车的需求越来越多。

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，其中比较有效的方法是锌负极材料的包覆技术。

公开号为CN 1744355A的中国发明专利文献（专利申请号：200510060941.5）公开了“一种碱性二次锌电极的负极材料及其制备方法”，该发明的技术方案是：以氧化锌基导电氧化物为内核，所述的内核外均匀包裹有纳米氧化锌颗粒，其中氧化锌基导电氧化物的化学组成为：90～98重量份的ZnO，2～5重量份的Co₂O₃,也可以是以ZnO、Co₂O₃为主要成分，再加入其它导电氧化物组分。

该发明所述材料的制备方法是：采用硝酸锌为原料，氨水、尿素作为沉淀剂，将硝酸锌和尿素分别溶于蒸馏水中，完全溶解后将二者混合，然后在溶液中加入所述的氧化锌基导电氧化物，超声波搅拌加热至90～100℃，保温2～3小时，冷却后过滤，洗涤、干燥，得到以氧化锌基导电氧化物为内核，内核外均匀包裹有硝酸锌的颗粒，然后在400～500℃下煅烧1～2小时使硝酸锌转化为纳米氧化锌，得到碱性二次锌电极的负极材料。

该发明所述的制备方法，可简述为如下过程：1.首先必须先制备氧化锌基导电氧化物作为内核；2.然后制备硝酸锌包覆氧化锌基导电氧化物作为前驱体，所用设备涉及到超声波与加热系统等；3.再次要经过过滤洗涤，4.最后在高温下将硝酸锌分解为纳米氧化锌。

我们经过分析可得出以下结论：

1.该制备方法过于繁琐，涉及的设备较多，因此设备投资较大。

2.该制备方法生产工艺不环保，洗涤与煅烧过程产生大量废水、废气，因此增加了环境压力，不适合工业化生产。

3.该制备方法成本较高，所用的材料如：Co₂O₃是一种贵重原料，其价格相当于氧化锌材料价格的20倍以上，如果按该发明的添加比例计算，该发明制备的氧化锌负极材料的成本相当于普通氧化锌材料的3～5倍，这个成本对工业化生产是不利的。

发明内容

为解决上述弊端，本发明所要解决的技术问题是，提供一种改性氧化锌的制备方法，由本发明制备的改性氧化锌，作为二次锌电极负极材料具有廉价、环保、投资少、导电性好、充电接受能力强、比容量高、循环寿命长等优点。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种改性氧化锌的制备方法，采用氧化铋包覆氧化锌制备；按重量，其中氧化铋含量为5～25%，氧化锌含量为75%～95%；将氢氧化钠或氢氧化钾中的一种、氧化锌、硝酸铋混合，对混合物进行球磨制备Bi(OH)₃包覆ZnO的前驱体，然后在高温环境下进行热分解，得到氧化铋包覆的改性氧化锌；上述过程中，硝酸铋与氢氧化钠或氢氧化钾反应得到氢氧化铋前驱体，然后在高温环境下处理得到氧化铋。

所述的氧化锌是市售氧化锌材料，需要满足以下技术标准：

优选地，所述改性氧化锌的制备方法包括如下步骤：

第一步：称取定量氧化锌、硝酸铋放入球磨罐，控制球料比为10:1～50：1，硝酸铋的重量为氧化锌重量的10.9%～67%，将上述混合物球磨，将原料打碎；其中硝酸铋的质量要预先计算好，根据氧化铋在改性氧化锌中的含量计算。

第二步：取一定量氢氧化钠或氢氧化钾加入第一步所述的球磨罐中，其中氢氧化钠或氢氧化钾的摩尔数相当于第一步称取硝酸铋摩尔数的3.1～3.3倍，并加入少许去离子水，水的重量为硝酸铋重量的1%～5%，将上述混合物球磨20min～30min，得到白色粉末；

第三步：将第二步所得粉末放入置于马弗炉里，匀速升温进行热处理，热处理温度为400～650℃，并保温１～2h，得到一种淡黄色粉末，即本发明制备的改性氧化锌粉。

本发明的有益效果在于：