[发明专利]一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明特别涉及一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料为粒度5～50μm的立方体颗粒，由50～100nm的金属氧化物纳米片堆砌而成。所述金属氧化物由氧化锌和金属M1、M2的氧化物组成，其中氧化锌质量百分含量为80％～95％，金属M1的氧化物质量百分含量为5％～10％，金属M2的氧化物质量百分含量为1％～5％。其制备方法包括水热法制备前驱体，以及氧化热处理前驱体，最终得到目标材料。该材料粒度适中且无团聚现象，将其用作碱性锌二次电池负极材料时表现出优异的循环效率和循环稳定性。本发明工艺简单，所得产品性能优良，有利于锌二次电池的市场化。

技术领域

本发明公开了一种金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，属二次电池领域，特别涉及碱性锌二次电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

碱性锌二次电池以Zn/ZnO为负极活性物质，高浓度碱溶液作为电解质，具有比能量高、工作电压稳定、安全环保等特点。然而，锌负极在充放电循环过程中易发生析氢和钝化等现象，析氢反应和钝化都会使电池的库伦效率降低，析出的气体会使电池发生鼓胀，严重时冲破电池包，电解液流出直接损坏电池。

为此，人们从活性物质本身特性或加入某些添加剂出发对材料性能进行改性，以期缓解电池的析氢和钝化现象。如采用纳米氧化锌取代商业氧化锌^[1]，或者向电极中添加具有高析氢过电位的金属氧化物^[2,3](如Sn、Bi、Al、Ca、Cu等氧化物)。

现有方法制备的材料在一定程度上缓解了锌负极在循环过程中的钝化和析氢问题，但金属氧化物多以物理混合或水解沉淀引入，所获材料中金属氧化物分散不均匀，活性物质未能与其进行有效接触，不能充分发挥其作用，同时纳米化的氧化锌易发生团聚现象，严重影响了修饰的均匀性，导致锌负极材料的性能难以进一步提升。

[1]Yuan Y F,Tu J P,Wu H M,Yang Y Z,Shi D Q,Zhao XB.ElectrochimicaActa,2006,51(18):3632-3636.

[2]Kim H,Shin H.Journal of Alloys and Compounds,2015,645:7-10.

[3]Zhang Z,Yang Z,Wang R,Feng Z,Xie X,Liao Q.Electrochimica Acta,2014,134:287-292.

发明内容

为解决目前纳米氧化锌易发生团聚，金属氧化物修饰不均的现象，本发明一种金属氧化物复合材料及其制备方法，该方法在制备纳米氧化锌的过程中，同时进行金属氧化物修饰，得到的复合材料金属氧化物修饰均匀，粒度适中且无团聚现象。该材料用作碱性锌二次电池负极材料时表现出良好的循环效率和循环稳定性，有效缓解锌负极在循环过程中的析氢和钝化现象。

本发明一种金属氧化物复合材料；所述金属氧化物复合材料为粒度5～50μm的立方体，所述粒度5～50μm的立方体由50～100nm的金属氧化物纳米片堆砌而成；所述金属氧化物纳米片以质量百分比计包括下述组分:

氧化锌85％～94％；

金属M1的氧化物5％～10％；

金属M2的氧化物1％～5％；

所述金属M1选自Sn、Bi、In、Ag中的至少一种，金属M2为Sb、Al、Ca、Ni、Ti中的至少一种。

本发明一种金属氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一

按照设定比例将锌的可溶性化合物和金属M1、M2的可溶性化合物溶于溶剂中，得到溶液A，同时将一定量的试剂B、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、三乙胺(TEA)溶于等量的相同溶剂中，得到溶液B1；