[发明专利]用于锌电池的锌电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锌电池的锌电极材料，其特征在于该锌电极材料是将氧化锆纳米颗粒与粘结剂按9：1至1：9的质量比混合后，涂覆在锌电极表面，得到修饰有纳米氧化锌颗粒的锌负极材料，纳米氧化锌涂层的厚度为0.1～200μm，所述的氧化锆纳米颗粒与粘结剂的质量比为：9：1至1：9，所述的氧化锆纳米颗粒的大小范围为10nm至900nm。本发明通过以该新型锌负极作为电极材料，有效解决了锌电极的枝晶和腐蚀问题，大大提升了锌电极的循环性能。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种用于锌电池的锌电极材料及其制备方法。

背景技术

锌电池由于具有较低的电极电势(-0.7618V vs.SHE)、较高的比容量(820mAh/g)、低成本、资源丰富和环境友好而广泛受到研究者的关注。但是锌电池中锌负极目前还面临巨大的挑战，如枝晶、腐蚀等。由于这些问题的存在，锌负极循环寿命相对较差。因此，提升锌负极的循环性能成为国内外的研究热点。

在锌电池的不断充放电过程中，电极表面不均匀的成核位点和电流密度分布使得初始的锌沉积变得不均匀，从而导致后续更加不均匀的锌沉积和溶解，造成锌枝晶的形成。随着反应的进行，枝晶的形成会刺破隔膜，造成电池短路，缩短电池的寿命。此外，由于锌的电极电势相对于析氢电极电势较低，因而在锌电极表面，水中的氢离子优先于锌离子得到电子，变成氢气；而金属锌只能失去电子，变成锌离子。析氢反应会使得锌电极的利用率大大降低，同时也使得循环寿命降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种用于锌电池的锌电极材料。

本发明的另一目的在于提供该一种上述锌电池的新型锌电极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于锌电池的锌电极材料，其特征在于该锌电极材料是将氧化锆纳米颗粒与粘结剂按9：1至1：9的质量比混合后，涂覆在锌电极表面，得到修饰有纳米氧化锆颗粒的锌负极材料，纳米氧化锆涂层的厚度为0.1～200μm；所述的氧化锆纳米颗粒与粘结剂的质量比为：9：1至1：9；所述的氧化锆纳米颗粒的大小范围为10nm至900nm。

根据权利要求1所述的用于锌电池的锌电极材料，其特征在所述的纳米氧化锌涂层的厚度为10～100μm

一种制备上述的用于锌电池的锌电极材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将氧化锆纳米颗粒与聚偏氟乙烯按9:1～1:9的质量比均匀研磨，并加入N-甲基吡咯烷酮，直至呈粘稠并可流动的液体，此时得到浆料B；

b.将步骤a所得浆料B均匀涂覆在表面洁净的锌箔上，通过涂膜机均匀涂覆为10-100μm厚度的涂层，干燥后即得到用于锌电池的锌电极材料。

上述的氧化锌纳米颗粒的制备方法的具体步骤为：将丁醇锆液体在搅拌状态下快速加入到乙醇溶液中，配制成均匀分散丁醇锆溶液，得到溶液A；其中丁醇锆液体与乙醇的体积比范围为5：1至1：2；升高温度至60～80℃，在搅拌状态下将溶液A中的乙醇溶剂全部蒸干；将剩余物烘干，得到粉末；将该粉体以2～10℃/min，煅烧温度800～1100℃，煅烧时间2～6h，煅烧后的粉末即为氧化锌纳米颗粒。

本发明的原理如下：通过溶胶-凝胶法合成ZrO₂纳米颗粒，将其与粘结剂按比例混合并涂覆在锌电极表面以得到新型锌负极。通过该新型锌负极作为负极材料，促进均匀的锌沉积和电流分布，有效缓解枝晶和腐蚀问题，大大提升了锌电极的循环性能。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：

(1)本发明采用溶胶-凝胶法合成ZrO₂纳米颗粒，操作简单，易于制备，成本较低。