[发明专利]一种高性能碱性二次镍铁全电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能碱性二次镍铁全电池及其制备方法，属于二次电池技术领域，该全电池由正极、负极和电解质溶液组装而成，其中，正极为负载有氢氧化镍微米球的泡沫镍，所述负极为氧化铁/石墨烯复合物水凝胶。通过合理调控正极上氢氧化镍微米球与氧化铁/石墨烯复合物水凝胶的质量比，使最终组装成的二次镍铁全电池具有高比容量、高能量密度和功率密度，同时具有良好的循环稳定性和较小的内阻。该二次镍铁全电池制备方法简单，原料易得，且对环境友好，可应用于大规模生产。该二次镍铁全电池可被应用于电子产品以及为大型电力设备提供了一种有前途的能量来源方案。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种高性能碱性二次镍铁全电池及其制备方法。

背景技术

高能量密度和高功率密度的大尺寸可充电电池被广泛应用于电动汽车和大型移动设备中。这种电池具有低成本、长寿命、高安全性和环境友好等优点。锂离子电池和铅酸电池是当前市场上大规模电力的主要来源，但是前者成本效益高而后者具有安全和环境隐患。此外，锂离子电池满足不了大型电力设备的功率和能量需求。作为锂离子电池的补充品，传统的碱性电池具有低成本效益和高安全特性，越来越多的研究都集中在对这种高功率和高能量密度电池的开发和应用上。

目前，不同种类的碱性电池已经被报道，诸如MnO₂/Zn，NiCoO₄/Zn，LiMn₂O₄/VO₂，FeFx/Co(OH)₂，Fe/Ni等。这些碱性电池在比能量上已经可以和锂离子电池相媲美。其中，镍铁碱性电池因其具有高能量密度、铁的来源丰富和可回收等优点而广受关注，然而，当前的镍铁碱性电池仍然面临着铁负极性能差、能量密度低及循环寿命短的问题，这就需要更多的努力来改善铁负极的性能。由于铁元素的多重价态和其在负电位窗口丰富的氧化还原反应活性，其氧化物(如FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄)成为了镍铁电池有前途的负极材料。但是，尽管氧化铁具有低成本、无毒害和环境友好等优点，由于氧化铁用作电极材料通常表现出较差的导电性(～10-14S/cm)以及在放电过程中容易被氢氧根离子钝化，这两个劣势严重地阻碍了其电荷存储能力。

三维的石墨烯水凝胶不仅可以促进电子转移和加速离子扩散，而且也为可逆的氧化还原反应带来了更多的活性位点，因此可以使用这种无需粘结剂和导电剂的水凝胶材料来改善铁负极的性能。然而，当前典型的三维石墨烯水凝胶大多是通过氧化石墨烯的化学还原来制备，这个过程中会使用到有毒的有机试剂(如二甲基甲酰胺、乙二醇、甲醇、丙酮和乙腈等)以及有毒的还原剂(氨水和水合肼等)。这些反应残留物一旦被释放到环境总，将危害人体健康。

因此，开发一种新方法来合成氧化铁/石墨烯复合物水凝胶负极及找到一种高性能正极配对材料对环境友好型碱性二次镍铁全电池的制备具有长远意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高性能碱性二次镍铁全电池，目的之二在于提供一种高性能碱性二次镍铁全电池的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种高性能碱性二次镍铁全电池，所述全电池由正极、负极和电解质溶液组装而成，所述正极为负载有氢氧化镍微米球的泡沫镍，所述负极为氧化铁/石墨烯复合物水凝胶。

优选的，所述全电池中氢氧化镍微米球与氧化铁/石墨烯复合物水凝胶的质量比为1:4-4:1。

优选的，所述氧化铁/石墨烯复合物水凝胶中氧化铁与石墨烯的质量比为0.04-4:1。

优选的，所述电解质溶液为经氮气饱和后的KOH溶液或经氮气饱和后的NaOH溶液中的一种。

优选的，所述KOH溶液的浓度为1-7mol/L；所述NaOH溶液的浓度为1-7mol/L。