[发明专利]一种水系电池锌负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种水系电池锌负极材料的制备方法，通过控制溶液反应，得到磷酸锌、焦磷酸锌与三聚磷酸锌的一种或其混合物，即为所述锌负极材料。本发明所涉及制备锌负极材料的方法，具有工艺简单、成本低、污染少的特点。采用本发明所涉及方法制备的锌负极材料可用于碱性和中性水溶液的电池体系中，是一种合适的电极活性材料，成本低、活性高，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种水系电池锌负极材料的制备方法，可作为电极活性物质用于碱性和中性水溶液的电池体系中。

背景技术

碱性锌空气二次电池具有容量高、开路电压高、原材料成本低、对环境友好、安全的优点，是一种绿色高能环保的二次电池。然而，锌空气二次电池易受锌负极的致密化，放电过程中的钝化以及充电过程中形变、枝晶生长的影响，导致电池放电容量低，放电过程中容量衰减快，容量不稳定，从而使其应用受到了很大的限制。

氧化锌作为锌空气电池负极活性物质的氧化产物，其导电性差，充电过程中内阻消耗大，造成充放电效率低，放电过程中易造成金属锌钝化，容量难以获得充分发挥。为了解决氧化锌导电性差带来的问题，人们将乙炔黑、纳米铜、金属铋或铋氧化物等各种具有高导电性的添加剂与活性物质和粘接剂均匀混合，涂覆在集流体上制作成锌负极，从而达到减小电极内阻，改善电池充放电电压平台，提高电池的充放电效率、放电容量及倍率性能的效果。

但是，普通的导电添加剂，无论是零维的还是一维的或者其他形貌，都无法解决锌负极中活性物质的重新分布导致的锌粉电极致密化问题，随着电池充放电的反复进行，电极孔隙率及反应比表面积迅速减小，参与电化学反应的离子的扩散通道因此而受到阻塞，最终导致电池的放电容量及倍率性能的提高并不能得到维持，电池的循环寿命低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种水系电池锌负极材料的制备方法，该制备方法具有生产成本低，清洁环保无污染的优点。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种水系电池锌负极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

①原料溶液A的配制：将磷酸、焦磷酸、三聚磷酸、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、焦磷酸盐、焦磷酸一氢盐、焦磷酸二氢盐、焦磷酸三氢盐、三聚磷酸一氢盐、三聚磷酸二氢盐、三聚磷酸三氢盐、三聚磷酸四氢盐中的一种或一种以上溶解在溶剂中配制成所述的原料溶液A，溶质浓度为0.01～10摩尔/升，所述的盐为锂、钠、钾、铵的中的一种或一种以上；

②原料溶液B的配制：将锌盐和络合剂溶解在溶剂中配制成所述的原料溶液B，其中，所述的锌盐的浓度为0.01～2.0摩尔/升，所述的络合剂的浓度为0～2.0摩尔/升，所述的锌盐为选自硝酸锌、硫酸锌、卤化锌、卤氧酸锌、乙酸锌、氟硼酸锌、氟磺酸锌、甲基磺酸锌中的一种或一种以上，所述的络合剂为选自乙酸、乙酸盐、硼酸、硼酸盐、巯基乙酸、巯基乙酸盐、柠檬酸、柠檬酸盐、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸盐、硫脲、乙二胺、三乙醇胺、氨中的一种或一种以上；

③将所述的原料溶液B加入到所述的原料溶液A中进行反应，反应温度为0～100℃；

④反应结束后，除去母液，清洗后得到锌负极材料湿凝胶；

⑤所述的锌负极材料湿凝胶经干燥、粉碎，得到所述的锌负极材料。

优选地，所述的原料溶液A和所述的原料溶液B中的溶剂独立地为选自水、乙醇、丙醇中的一种或一种以上。

进一步优选地，所述的原料溶液A和所述的原料溶液B中的溶剂独立地为水和乙醇的混合溶剂，所述的水和所述的乙醇的体积比为90:5～10。