[发明专利]一种改性氧化锌及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性氧化锌及其制备方法和应用，特别涉及一种用于碱性锌空气二次电池的锌负极材料，属于空气电池领域。所述改性氧化锌包括氧化锌内核、第一包覆层、第二包覆层；所述第一包覆层包覆在氧化锌内核上；所述第二包覆层包覆在第一包覆层上，所述第一包覆层的材质为C、第二包覆层的材质为钛的亚氧化态化合物。其制备方法为：现在氧化锌表面通过原位生成一层酚醛树脂，然后再包覆一层钛基有机—无机混合凝胶，接着在760～880℃反应，得到所设计结构的产物。该产物用作碱性锌空气二次电池的锌负极活性材料时，表现出优异的电化学性能。本发明材料结构设计合理、制备工艺简单，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种改性氧化锌及其制备方法和应用，特别涉及一种用于碱性锌空气二次电池的锌负极活性材料，属于空气电池领域。

背景技术

随着人们对环境保护的重视，无污染电化学池受到了人们的重视。锌空气二次电池以氢氧化钾水溶液为电解液、金属锌为负极活性物质、空气中的氧气为正极活性物质，具有环保无污染、成本低、安全的优点。再者，由于金属锌放电平台低、比容量高、能量密度大，锌空气二次电池是潜在的可商业化理想二次绿色高能环保电池之一。然而，锌负极放电时的产物氧化锌易在碱性电解液中溶解生成锌酸盐，这使得电极充电时容易产生形变及枝晶生长，从而造成电池放电容量衰减，循环寿命短。

为了阻止氧化锌的溶解，人们采用表面改性的手段限制锌酸盐的扩散，阻止枝晶的生长，从而提高锌负极的循环性能。进一步地，采用导电性好的金属材料(由其相应的金属氧化物/氢氧化物电还原而成)、碳材料改善氧化锌表面的电流分布状况，对缓解局部电流密度集中引发的形变及枝晶生长问题具有积极的影响作用。然而，现有的改性材料要么耐蚀性较差、析氢问题严重，电极的循环稳定性差，要么恶化电极极化，限制电池的循环寿命。

为了解决析氢和电极极化大的双重问题，专利“一种锌空气电池氧化锌负极材料及其制备方法”提出在析氢过电位高的金属改性层内增加一层亲水层，解决了表面包覆层造成的离子扩撒阻力大的问题，提高了电极的循环寿命，然而其并不能解决金属层本身造成的电化学极化大的问题，电极循环寿命依然受限。

发明内容

针对现有的锌空气二次电池负极活性颗粒表面改性遇到的如上问题，本发明的第一个目的是在于提供一种改性氧化锌粉末。

本发明的第二个目的是在于提供一种制备如上所述改性氧化锌的方法，能够成功实现氧化锌粉末的表面改性。

本发明的第三个目的是在于提供上述所设计和制备改性氧化锌的应用方法。尤其是提供上述所设计和制备改性氧化锌在锌空气二次电池的锌负极活性材料中的应用方法。该应用能显著地提高锌负极的电化学性能及循环性能。

为了实现上述目的，本发明一种改性氧化锌，所述改性氧化锌包括氧化锌内核、第一包覆层、第二包覆层；所述第一包覆层包覆在氧化锌内核上；所述第二包覆层包覆在第一包覆层上；所述第一包覆层的材质为C、第二包覆层的材质为钛的亚氧化态化合物。作为优选方案，第一包覆层均匀包覆于氧化锌内核上，第二包覆层均匀包覆于第一包覆层上。

作为优选，所述钛的亚氧化态化合物包括Ti₄O₇、Ti₅O₉、Ti₆O₁₁、Ti₇O₁₃中的至少一种。

作为优选，所述碳和钛的亚氧化态化合物的质量和占改性氧化锌质量的4～30％。其中，Ti₄O₇的质量少于或等于27.4％，Ti₅O₉的质量为0.16～22.5％，Ti₆O₁₁的质量少于或等于12％，Ti₇O₁₃的质量少于或等于6％，碳的质量为1～7％。