[发明专利]一种自组装结构Bi2O3的锌基电池阳极材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种自组装结构Bi₂O₃的锌基电池阳极材料及制备方法，在Cu箔的表面设有Bi₂O₃粉末、炭黑和PVDF的混合物；所述Bi₂O₃为自组装结构，相结构为正方晶相、斜方晶相或立方晶相，微观形貌为纳米片层状，自组装结构形成微球状。本发明以锌离子嵌入式阳极材料替代传统的金属阳极，改变锌基电池的储能机制从金属储能变为离子储能，从而根本上解决锌枝晶问题。

技术领域

本发明属于离子电池和燃料电池领域，涉及一种自组装结构Bi₂O₃的锌基电池阳极材料及制备方法，是锌离子电池和锌离子-空气电池的阳极材料及其制备方法。

背景技术

锌基电池使用金属锌做阳极，具有低成本、自然丰度和高的能量密度(820mAh/g)等优点，是后锂离子电池时代的代表，受到了广泛的关注。目前，常用的锌基电池阳极包括致密锌阳极和多孔锌阳极，其中，多孔锌阳极由于其高的比表面积而被广泛的应用。但是，金属锌阳极在电池的充放电过程中，易于其表面产生枝晶，这极大地限制了锌基电池的长时间应用。

常见的解决锌阳极枝晶问题的方法为电极添加剂和电解液添加剂。其中电极添加剂包括结构添加剂(乙炔黑、活性炭、纳米管等)、无机缓蚀剂和有机添加剂。而电解液添加剂多为表面活性剂，用以调控锌沉积形态，从而抑制枝晶的生成。

中国专利200910052195.3公开了一种含烷基硅烷醇的碱性电池锌阳极的制备方法，通过在阳极锌中添加少量烷基硅烷醇，使锌阳极的循环性能提高了20％-30％，且这种提高随着循环次数的增加而更趋明显。

中国专利201210315842.7公开了碱性锌电池的电解液制备方法，其中电解液添加剂包括聚乙烯酸酯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、碳酸锌、硼酸钠、钨酸锂。通过电解液添加剂，有效的提高了电池的使用性能和寿命。

目前采用的添加剂方法只能一定程度上改善电池的能量储存和转化方式，进而缓解阳极枝晶问题，但是并不能从根本上有效的解决枝晶问题，所以这些添加剂的方法显然并不能满足实际的使用要求，锌基阳极仍需进一步的改善和优化。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，借鉴锂离子电池使用嵌入式锂阳极解决锂枝晶问题的启发，本发明提出一种自组装结构Bi₂O₃的锌基电池阳极材料及制备方法，以锌离子嵌入式阳极材料替代传统的金属阳极，改变锌基电池的储能机制从金属储能变为离子储能，从而根本上解决锌枝晶问题。

技术方案

一种自组装结构Bi₂O₃的锌基电池阳极材料，其特征在于包括Cu箔、Bi₂O₃粉末、炭黑和PVDF；在Cu箔的表面设有Bi₂O₃粉末、炭黑和PVDF的混合物；所述Bi₂O₃粉末与炭黑、PVDF的质量比为8:1:1；所述Bi₂O₃为自组装结构，相结构为正方晶相、斜方晶相或立方晶相，微观形貌为纳米片层状，厚度为10-12nm，自组装结构形成微球状，球体半径为3-4μm。

一种制备所述自组装结构Bi₂O₃的锌基电池阳极材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：每份硝酸铋溶液是将1.8g五水合硝酸铋、36-48mL丙酮和18mL乙二醇混合形成浓度为0.056-0.072mol/L的硝酸铋溶液；