[发明专利]一种锌基电池用负极材料、其制备和用途在审
申请号: | 201710729114.3 | 申请日: | 2017-08-23 |
公开(公告)号: | CN107611377A | 公开(公告)日: | 2018-01-19 |
发明(设计)人: | 杨树斌;王柳;李彬;丁军伟 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | H01M4/36 | 分类号: | H01M4/36;H01M4/62 |
代理公司: | 北京路浩知识产权代理有限公司11002 | 代理人: | 王文君,王文红 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 电池 负极 材料 制备 用途 | ||
1.一种锌基电池用负极材料,其特征在于,所述负极材料为石墨烯片包覆片状锌基水滑石的结构,材料中锌基水滑石的质量占比为65~95%,包覆的石墨烯片的厚度为0.5~10nm,石墨烯片的平面尺寸为500nm~50μm,锌基水滑石的形状为六边形或近似圆形,直径为100nm~5μm;石墨烯包覆在锌基水滑石表面,且彼此相连形成三维网络结构。
2.权利要求1所述锌基电池用负极材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
(1)锌基水滑石或锌基水滑石前驱体与氧化石墨烯均匀分散在水和/或有机溶剂中,在常压反应器或水热釜内进行反应,反应温度在20~300℃下,其中锌基水滑石或其前驱体与氧化石墨烯的投料质量比为0.8~50:1;
其中,所述锌基水滑石为二元或三元锌基水滑石,所述锌基水滑石前驱体为锌盐、铝盐、镁盐、铜盐、铈盐、镧盐、碳酸盐、氢氧化钠中的二种以上,所述的有机溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇、甲基吡咯烷酮中的一种或多种的组合;所述反应为水热反应、溶剂热反应、共沉淀反应中的一种或多种;
(2)采用选自真空干燥、冷冻干燥以及超临界干燥法中的任一种干燥法对前步的产物体系进行干燥,得固体产物。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述锌基水滑石选自锌铝水滑石、锌铝镁水滑石、锌铝铜水滑石、锌铝铈水滑石、锌铝镧水滑石中的一种或多种;所述锌基水滑石与氧化石墨烯的投料质量比为35~45:1。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯用改进的hummers’法制备,具体为:将石墨片和硝酸钠混合均匀,加入浓硫酸,在低于4℃条件下缓慢加入KMnO4,并在低于4℃温度下搅拌反应1h,然后升温至30~40℃反应0.5~1h,然后缓慢加入去离子水,待去离子水完全加入后加热至沸腾,并保持反应30min;其中石墨片、硝酸钠、浓硫酸、KMnO4,的质量比为1:0.1~0.8:20~50:2~4。
5.根据权利要求2~4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)为:将0.5g氧化石墨烯分散其质量1000~2000倍的水中,另将锌基水滑石分散在其质量5~20倍的水中,将锌铝水滑石水溶液缓慢加入氧化石墨烯水溶液中,室温搅拌使其共沉淀2~4小时。
6.根据权利要求2~5任一项所述的制备方法,其特征在于,当步骤(1)中所采用的溶剂不具有还原性时,步骤(1)反应后进行还原的操作,加入的还原剂选自水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾、氢气中的一种或多种,还原反应的温度为50℃~90℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,加入的还原剂质量为所述氧化石墨烯质量的200~1000倍,还原反应的时间为1~3小时。
8.根据权利要求2~5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)反应的方式为共沉淀反应,进行反应的体系中添加有添加剂,所述添加剂为氨丙基三乙氧基硅烷、CTAB、十二烷基硫酸钠、PVP、F127中的一种或多种,添加剂的质量和氧化石墨烯的质量比例为35~45:1。
9.根据权利要求2~5任一项所述的制备方法,其特征在于,经过步骤(2)干燥后,还包括随所得固体产物热处理的操作,热处理的温度为200~1000℃,热处理的时间为1~3小时。
10.权利要求1所述锌基电池用负极材料作为电池的负极的用途,其特征在于,所述电池为锌镍电池、锌-空气电池、锌锰电池、锌银电池中的一种。
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