[发明专利]一种基于高活性镍正极的镍锌电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于高活性镍正极的镍锌电池的制备方法；将Ni–NiO异质结构纳米泡沫镍置于氯化镍与氧化石墨烯混合悬浮液中冷冻干燥，在NH₃和Ar混合气体下热处理制得单原子Ni–石墨烯修饰的Ni–NiO异质结构纳米片镍电极；以该镍电极作为正极，以锌电极作为负极，两极之间用PE–PP隔膜隔开，两电极之间填充电解质，组装即得所述镍锌电池。本发明在泡沫镍基底上直接生长活性材料，保证了其充分接触；此外，单原子镍的引入提供了反应位点，改善了电极导电性，有利于离子传输；进一步将单原子Ni–石墨烯修饰的Ni–NiO异质结构纳米片镍正极与改性后的泡沫锌电极复合，实现了稳定的循环性能。

技术领域

本发明属于储能技术领域，涉及一种基于高活性镍正极的镍锌电池的制备方法。

背景技术

锌镍电池由锌负极和镍正极组成，是一种新型高性能二次动力电池。

基本工作原理为：

放电过程中锌负极反应为：

镍正极反应为：

NiOOH+H₂O+e^–→Ni(OH)₂+OH^–

锌镍电池具有高工作电压，高能量密度，高功率密度，宽工作温度，无记忆效应，生产及使用过程中无污染产生，是真正的“绿色电池”。并且锌的储量丰富，成本低。锌镍电池已成为继铅酸电池，镍氢电池，镍镉电池，以及锂电池之后，更具低成本且实用的新型绿色电池体系。

但是锌镍电池在大规模应用过程中仍面临诸多挑战，主要有：(1)目前实际应用过程中产生的能量密度为75～85Wh/kg，相比其理论能量密度372Wh/kg仍有较大差距。(2)循环性能有限。目前，商业化电极的制备方法主要是通过粘结剂将活性材料(Ni(OH)₂)，导电添加剂(炭黑)，其他添加剂等制备成浆料，然后涂覆在泡沫镍基底上，压片制成。该方法存在诸多问题：(1)活性材料与添加剂之间混合不均匀；(2)活性材料与导电基底之间接触不充分，不利于电荷传输；(3)商业电极采用球形Ni(OH)₂，粒径较大，存在活性材料暴露不充分并且不利于电荷在活性材料之间的传输。因此会造成电池内阻增加，活性物质利用率低，影响电池的循环性能及能量密度等。目前对于镍正极的改进，主要是通过制备新型Ni(OH)₂，例如纳米线，纳米片等。但是电极的制备过程仍是基于传统的物理混合的方法。其电荷传输以及活性材料利用不充分的问题仍然存在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的电荷传输以及活性材料利用不充分等问题，提供一种基于单原子镍正极的镍锌电池的制备方法。该方法制备过程简单，通过对泡沫镍表面修饰，制备单原子Ni–NiO异质结构纳米片与碳材料阴极。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种单原子Ni–石墨烯修饰的Ni–NiO异质结构纳米片镍电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、将泡沫镍片和Ni–NiO前驱体溶液置于反应釜中，在90～100℃下反应5～7h；取出干燥、在N₂气氛中退火处理制得Ni–NiO异质结构纳米泡沫镍片；

所述Ni–NiO前驱体溶液包括0.10mol/L～0.30mol/L的H₂C₂O₄·H₂O、1～2mol/L六亚甲基四胺以及0.1～0.2mol/LNi(NO₃)₂·6H₂O；

S2、将所述Ni–NiO异质结构纳米泡沫镍片置于氯化镍与氧化石墨烯混合悬浮液中，进行冷冻干燥8～10h；