[发明专利]一种水系锌钴电池叠层正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种水系锌钴电池叠层正极材料的制备方法。所述的正极材料是在三维基底上长出的纳米片状镍钴磷酸盐，所述的负极为锌片，所述电解液为一定浓度的氢氧化钾和可溶性锌盐水溶液。与现有的技术相比，本发明首次将过渡金属磷酸盐复合材料应用于水系锌钴电池体系，通过泡沫镍上原位制备的镍钴磷酸盐拥有高比表面积的纳米片状结构，具有高比容量，且制备工艺简单，适合用于大规模生产。

技术领域

本发明属于高能水系电池技术领域，具体涉及到一种高能水系锌钴电池正极材料。

背景技术

随着人类社会的进步和电子设备的普及，以及低碳环保的电动交通的大力推广，人类对于二次电池的需求越来越大。二次电池是一种高效储能装置，可以实现重复充放电和循环使用，与一次电池相比二次电池具有污染小成本低等特点。目前主要的二次电池技术包括镍铬电池、镍氢电池、铅酸电池和锂离子电池等等。镍铬电池和铅酸电池出现的较早，但都存在容量较低和使用寿命较短的缺点，并且电池里的重金属对环境会造成巨大的污染，所用发展前景有限。锂离子电池是目前应用最为广泛的一类电池，但与此同时对锂的需求量快速增长，而全球锂的储量有限，导致价格迅速上涨，不符合低成本需求，且锂离子电池使用的有机电解液易燃，存在很大的安全问题。

而水系锌钴电池则是近年来兴起的二次电池，相比于镍铬电池和铅酸电池，它具有更高的电池容量和更长的使用寿命，且没有重金属不会对环境造成很大的危害。与锂离子电池相比，锌的储量比锂要丰富，成本上会比锂离子电池低很多，而且电解质是氢氧化钾的水溶液，不会引起燃烧和爆炸，安全性相对较高，在大型储能领域具备很高的潜在价值。通过水热法制备的磷酸钴纳米片具有很大的比表面积，增强了离子可及性并且缩短了离子扩算途径，加快了电子传导，导致了更高的比容量，并且减少面容量损失，导致更长的循环稳定性。镍和钴在元素周期表中都是第四周期元素，并且位置相邻，具有相似的原子结构，可以大胆猜想镍钴掺杂的正极材料也可以达到同样甚至更好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种水系锌钴电池。该电池组成包括电池正极材料，负极材料和电解质溶液。电池的正极材料是一种在三维基底上均匀生长的纳米片状镍钴磷酸盐复合材料，它具有原材料丰富、稳定性好和比容量高等特点。该方法反应条件温和，成本低廉，可运用于大规模生产。电池的负极材料是锌片，电解液是一定浓度的氢氧化钾和可溶性锌盐水溶液，可以有效的防止电池的腐蚀和钝化问题。

本发明所述的水系锌钴电池包括电池正极材料、负极材料和电解液，所述的正极材料为三维基底上长出的纳米片状镍钴磷酸盐，所述的负极材料为锌片，所述的电解质包括一定浓度的氢氧化钾和可溶性锌盐水溶液。

本发明所述的正极材料为镍钴磷酸盐材料，该材料为Ni_xCo_3-x(PO₄)₂，其中0≤x≤3。

水系锌钴电池正极材料的制备方法包括如下步骤：

室温条件下将钴盐、磷酸盐混合后溶于去离子水中，所得溶液转入放有三维基底材料的水热釜中进行水热反应，待冷却后，将泡沫镍取出冲洗、烘干，得到生长在三维基底的磷酸钴材料。

本发明所述正极材料制备时使用的钴盐和磷酸盐浓度为0.0001~0.5mol/L。

本发明所述正极材料制备时使用的钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴。

本发明所述正极材料制备时使用的磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠。

本发明所述正极材料制备时溶液体积为高压反应釜体积的50%~90%。

本发明所述的水热反应温度条件为：100℃~200℃下反应1~36h。

本发明所述的正极材料制备时在50~80℃下干燥1~12h，得到水系锌钴电池正极材料。