[发明专利]锌镍电池负极材料及其制备方法和使用该负极材料的电池

说明书

本发明公开了一种锌镍电池负极材料及其制备方法和使用该负极材料的电池，属于碱性二次电池负极材料技术领域。本发明的技术方案要点为：锌镍二次电池负极材料，由层状氢氧化物[Zn_xBi_1‑x(OH)₂]·[(A^a‑)_y·mH₂O]或层状氢氧化物[Zn_xBi_1‑x(OH)₂]·[(A^a‑)_y·mH₂O]与石墨烯组成的复合材料构成，其中0.8≥x≥0.4，y>0，m>0。本发明还公开了该锌镍二次电池负极材料的制备方法和在锌镍二次电池负极板中的应用。本发明采用该新型负极材料制备的锌镍二次电池具有比能量高、比功率高和循环寿命长的优点。

技术领域

本发明属于碱性二次电池负极材料技术领域，具体涉及一种锌镍电池负极材料及其制备方法和使用该负极材料的电池。

背景技术

锌镍电池作为一种新型碱性二次电池，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储能装置。锌镍二次电池市场目前处于快速发展中。然而，该类型电池存在一个问题就是循环寿命相对于其它二次电池要差，这主要是由于锌镍二次电池使用的锌负极存在形变和枝晶等问题，造成其循环性能下降。针对这一问题，科研工作者对锌负极的改进做了大量研究工作，其中，运用各种添加剂，包括负极添加剂、电解液添加剂等技术手段来缓解这些问题。譬如对于电解液配方进行了改进，除了饱和氧化锌外，通过一些有益添加剂如氟化钠、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。此外，一些新型负极材料如锌酸钙、锌铝水滑石等材料也被科研工作者提出提出用作锌负极活性物质，这些新材料一定程度上也改善了锌镍二次电池的循环性能。

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CN 102263262A的发明专利提出了一种采用阴离子型锌铝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，该类铝基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容量性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种循环性能优异的锌镍二次电池负极材料及其制备方法，该负极材料可以避免锌铝基水滑石负极材料存在的克容量偏低和由于铝的溶出造成其结构稳定性相对较差的问题，采用该新型负极材料能够降低锌电极的形变、抑制锌枝晶的成长和改善锌负极在碱液中的稳定性，极大提高了锌镍二次电池的循环使用寿命。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，锌镍二次电池负极材料，其特征在于由层状氢氧化物[Zn_xBi_1-x(OH)₂]·[(A^a-)_y·mH₂O]或层状氢氧化物[Zn_xBi_1-x(OH)₂]·[(A^a-)_y·mH₂O]与石墨烯组成的复合材料构成，其中0.8≥x≥0.4，y>0，m >0。