[发明专利]一种锌镍二次电池负极活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碱性二次电池负极材料技术领域，具体涉及一种锌镍二次电池负极活性材料及其制备方法。 

背景技术

碱性锌镍二次电池具有比能量大、比功率高和性价比高等独特优点，被人们广泛应用于各种耗电设备，受到了人们的普遍关注，而且目前仍处于快速的发展中。然而，该类型电池的负极活性物质锌存在形变和枝晶等问题，限制了它的发展。针对这一问题，人们对锌负极的改进做了大量工作，其中，各种添加剂的应用是主要手段。同时，为了解决这个问题，锌酸钙、锌铝水滑石等材料被提出，这在一定程度上也改善了锌镍电池的循环性能。此外，一些研究者还对电解液进行了改进，除了饱和氧化锌外，通过一些有益添加剂譬如氟化钠，磷酸钠等的使用，极大地降低了锌在碱性溶液中的溶解度，从而改善了锌电极的性能。 

层状氢氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)作为一种阴离子型类似于氢氧化物的多功能纳米材料，具有很多特殊而优异的性质，除了主层板阳离子可调节（部分取代）外，其层间阴离子的种类及数量可调控。LDHs具有类似于水镁石Mg(OH)₂型正八面体结构，这些八面体通过边-边共享OH 基团形成层，层与层间对顶迭加，层间以氢键缔合，从而形成了板层结构。独特的结构使得LDHs具有热稳定性的同时，在层板化学组成、层间阴离子种类及数量、晶粒尺寸及分布等方面具有可调控性。公开号为CN102263262A的发明专利提出了一种采用阴离子型锌基水滑石作为负极活性材料的方法，该发明采用碳酸根型材料作为交换的前驱体，而碳酸根离子的交换速度很慢，同时不容易交换完全，一定程度上会严重影响电极材料的活性，而且该发明合成出的产品振实密度较低，很难商业化应用，此外，该类水滑石结构在强的碱性溶液中存在一个铝溶出的问题，这会严重影响电池的循环性能。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种电性能优异，稳定性好，性价比高，振实密度高、合成工艺简单且容易工业化生产的锌镍二次电池负极活性材料及其制备方法。 

研究发现，除了金属阳离子对水滑石锌基LDHs的稳定性和电性能有影响以外，不同种类和数量的阴离子在LDHs晶格中的复合掺杂修饰同样对材料的稳定性和电化学活性有重要的影响。本发明在这个研究发现的基础上，优化合成工艺，并结合有益阴离子交换的技术手段，通过不同有益阴离子的交换和修饰，极大的提高了该材料的综合性能，包括高倍率性能、循环性能。此外，本发明通过有机絮凝剂和离子交换处理的联合作用，极大地提高了材料的振实密度，改善了锌负极在碱液中的稳定性，极大改善了循环性能。 

本发明的技术方案为：一种锌镍二次电池负极活性材料，其特征在于：所述的负极活性材料为层状氢氧化物[Zn₅Al(OH)₁₂](OH^-)_x(A^a-)_y·mH₂O，其中A^a-为BO₂^-、MoO₄^2-或WO₄^2-中的一种或多种，x+y=0.1-1，x>0，y>0，m=2-6。