[发明专利]一种聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有核壳结构的聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料及制备方法。聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌以纳米球状氧化锌作为核，聚吡咯为壳包覆在氧化锌颗粒表面。其过程为向锌源中加入沉淀剂如六亚甲基四胺等，通过水热反应制得纳米球状氧化锌颗粒；将纳米氧化锌加入到含有表面活性剂的溶液中，形成氧化锌溶胶，加入吡咯单体及氧化剂进行原位氧化聚合，在氧化锌颗粒表面形成聚吡咯包覆层。本发明制备的核壳结构聚吡咯包覆的纳米氧化锌具有较大的比表面积，在提高了其活性同时，能很好防止纳米氧化锌颗粒的团聚，聚吡咯包覆层的存在有效缓解了氧化锌颗粒在充放电过程中枝晶的形成，显著提高了电极循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种聚吡咯包覆的纳米氧化锌材料及制备方法，应用于镍锌碱性二次电池负极中可有效提高电极的可逆性及库伦效率，提高电极的循环寿命，具体属于碱性二次镍锌电池负极材料技术领域。

背景技术

作为水溶液一次电池体系中使用最广泛的负极材料，锌电极具有很多的优点，比如高能量密度，高开路电压，对环境无污染，且储量丰富，成本低廉。所以将锌电极应用在碱性二次电池中的尝试一直受到人们关注。但是在作为二次电池负极材料时，由于其放电产物易溶于电解液，致使在充电过程中，溶解了的活性物质又会不均匀地沉积到锌电极上，促使枝晶的生长以及电极的形变，导致放电容量迅速衰减，循环寿命低。

为了提高锌电极的循环寿命，在活性材料中加入添加剂是常用方法，如在电极材料中加入钙，铋，锡，铟，银和钛等金属氧化物或氢氧化物，能够一定程度够抑制锌电极枝晶以及形变的产生。有机添加剂主要用于电解液，用于改善锌沉积的均匀性。然而，无机添加剂与活性物质的接触不够充分，主要作用是提高了析氢电位，对放电产物的溶解没有明显作用，而有机添加剂增大了电极极化，是充放电效率降低，且容易在充放电过程中分解。

聚吡咯(PPy)作为一种最常见的导电聚合物，具有π共轭电子的大环结构，掺杂后其具有高导电性，高稳定性，应用范围广泛，如超级电容器，防腐蚀涂层以及化学传感器等，其诸多优秀的性能引起了科研人员的注意。由于氧化锌是一种优秀的半导体材料，聚吡咯和氧化锌的复合带来了一系列有趣的光电性能，目前研究人员对氧化锌-聚吡咯复合物的制备进行了较广泛的研究，制备方法包括化学法和电化学法。张成祥等通过电化学方法合成了聚吡咯/氧化锌纳米复合材料，聚吡咯呈典型的菜花状结构，白色的ZnO 颗粒夹杂在PPy中，填充在PPy 颗粒间的缝隙中。Rastogi等通过电化学方法制备了PPy包覆棒状氧化锌，表现出较好的电容性能。Li等以气相聚合的方法在氧化锌极基底上制备了PPy，作为气体传感器的材料。从以上分析可知，氧化锌聚吡咯复合物的制备研究主要集中在电化学方法在大块基体上的合成。本发明通过化学氧化法在纳米球状氧化锌表面包覆聚吡咯，不仅简化了制备方法，摒弃了电化学方法中电压电流和电极类型对最终产物的影响，同时不需要气相法中严苛的制备条件，能够实现在纳米氧化锌颗粒表面进行聚吡咯的修饰，应用结果表明聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌具有很好的电化学可逆性和充放电循环性能。

发明内容

针对现有氧化锌表面改性方法的不足，本发明提供一种聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料及其制备方法，有效抑制了锌电极充放电过程中锌枝晶的生成，延长了循环寿命。

本发明一种聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料及制备方法如下：

(1)聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料

聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌材料以粒径40-150nm的纳米球状氧化锌为核，表面均匀包覆厚度为5-25nm的聚吡咯壳，其中聚吡咯的质量百分数为5%-20%。

(2) 聚吡咯包覆的纳米球状氧化锌制备方法

步骤1：控制沉淀剂与锌盐的摩尔比为1~2∶4，将沉淀剂的去离子水或乙二醇溶液与锌盐混合均匀，其后在150~200℃下水热反应5-10h；产物冷却至室温后进行过滤，并分别用水、乙醇洗涤3次，然后再经干燥得到纳米球状氧化锌。