[发明专利]一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途

说明书

技术领域

本发明属于电池及其应用领域，具体涉及一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途。

背景技术

碱性锌镍二次电池具有比能量大、比功率高、工作电压平稳、价格低廉的特点，然而，活性物质锌的形变和枝晶等问题是限制该电池广泛发展的关键。引起这些难题的主要原因是活性物质在碱性电解液中的溶解。在充电过程中，活性物质锌沉积是不均匀的，就会导致电流密度梯度，从而引起锌的形变和枝晶。针对这一难题，人们在锌负极的改进方面做了很多研究。主要是在制备锌电极时加入添加剂。目前在锌电极中普遍采用的和正在研究的添加剂主要有三类：代汞缓蚀剂、无机添加剂和有机添加剂。有专利报道，将无机添加剂氢氧化钙添加到锌电极中以达到降低活性物质在碱性电解液中的溶解从而减缓锌电极的形变。研究发现，在循环过程中，有一种在碱性电解液中溶解度较低的新物质生成，即锌酸钙。研究者就直接将该新物质用于锌电极的活性物质，同样得到了很好的效果。但该活性物质的缺点就是大大的降低了氧化锌的容量。也有研究者将具有较高吸氢过电位的金属、金属氧化物或氢氧化物作为代汞添加剂来改性锌电极。这种添加剂主要有In、Bi、Sn、Ga、Tl等金属。这些金属通过各自的特性改进锌负极。与此同时，研究者对电解液做了很多改进，即在电解液中添加硼酸、磷酸、氟化钾、有机缓蚀剂等用于降低锌电极在碱性电解液中的溶解度，从而改善锌电极性能。

本发明将具有层状结构的锌基三元层状复合氧化物应用到锌镍二次电池的锌电极中。该类活性物质对锌电极的改性要优于锌酸钙。这类物质既可以较好的解决锌负极形变的难题提高锌电极的可逆性，同时对电池的容量不会造成很大的影响。层状复合氧化物（LDO）是由水滑石（LDHS）加热到一定温度发生热分解，一般认为煅烧LDHS的第一阶段（低于200℃）先失去表面吸附水和层间的水，此时仍然保持层状结构；第二阶段（250～450℃）层板上的羟基脱水，脱出层间阴离子（如CO₃^2-、OH^-等），此过程中产生的水或CO₂可以稀释空气中的氧气和聚合物分解产生的可燃性气体；在第三阶段（450～550℃）羟基完全脱落，最终生成LDO，此时具有最大的比表面和孔体积。Zn与另外的二价或者三价离子的两种复合层状氧化物作为固体碱性催化剂，具有良好的催化性能。当Zn与另外两种离子的配比为3:0.8:0.2时，碱性强度可达到11.1～15.0，此时的催化活性最大。层状复合氧化物的层状结构，大比表面积和很好的催化性能使锌电极的溶解、形变、枝晶等难题都有很大的改善，对提高锌镍电池的电化学反应速度，活性物质的利用率都有很大的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途。该用途能够提高电池稳定性能、增加放电比容量和延长循环寿命。

一种锌基三元层状复合氧化物用作锌镍电池电极材料的用途，所述的锌基三元层状复合氧化物是由碳酸根型三元锌基水滑石经过煅烧后得到的；所述的三元锌基水滑石是由不包括硝酸锌在内的二价金属硝酸盐和三价金属硝酸盐中的两种，以及硝酸锌制备而成。

所述的二价金属硝酸盐包括：Cu²⁺、Sn²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺的硝酸盐，所述的三价金属硝酸盐包括：Al³⁺、In³⁺、Bi³⁺、La³⁺、Nd³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Sb³⁺、Ga³⁺、Tl³⁺的硝酸盐。

所述的煅烧温度为350-700℃，煅烧时间为4-8小时。

所述的锌基三元层状复合氧化物的制备方法具体如下：

（1）将5-16重量份分析纯的硝酸锌溶于100-200重量份的去离子水中；将3-7重量份分析纯的不包括硝酸锌在内的二价金属硝酸盐和三价金属硝酸盐中的两种，溶于100-200重量份的去离子水中，将上述两种溶液混合均匀形成盐溶液；

（2）将2-8重量份的碱液和1-4重量份的碳酸盐溶解在50-100重量份的去离子水中形成碱溶液；

（3）搅拌下，将盐溶液和碱溶液分别缓慢的滴加到盛有50-100重量份去离子水的烧杯中，搅拌、陈化；