[发明专利]一种水系锌镍电池镍复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明介绍了一种性能优异的水系锌镍电池镍复合正极材料制备方法。该材料的制备方法为两步水热法，第一步是将一定量的硒粉和硼氢化钠加入去离子水中，之后将所得溶液转移至水热釜中，并在溶液中加入三维基底材料，进行水热反应；第二步水热是将一定量的硫脲和硝酸镍加入去离子水中，然后将混合溶液转移至水热釜中，并在溶液中加入第一步所得三维基底材料。待反应冷却后，将三维基底材料多次洗涤，并且干燥。得到均匀的生长在三维基底材料上的片状花瓣状二硒化三镍/氢氧化镍。所制备的材料用于水系锌镍电池正极材料，具有高比容量和良好的循环稳定性，且反应条件温和，工艺简单，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种水系锌镍电池，具体设置一种镍的复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锌镍电池兼具锌银电池高比能量和镉镍电池长寿命的特性。比能量可达50-80Wh/Kg，比功率可超过200W/Kg，工作温度范围宽广，可在-20-60℃之间工作。原料的来源不成问题，成本比较低。更不会造成污染，是一种绿色环保型的化学电源。目前，其充电循环寿命可达600周左右，国外投入很大的资金和技术力量进行开发，力图使锌镍电池产业化，以替代铅酸蓄电池和镉镍蓄电池等对环境有严重污染的化学电源。锌镍电池锌电极的枝晶和形变放电时，锌电极生成氧化锌、氢氧化锌，这些产物大量溶解于强碱电解液中；充电时，由于产物的溶解性，大部分的锌酸盐不沉积在多孔的锌电极，而趁机在电解液的周围和隔膜中，这就使锌电极的传递过程产生了困难，并在锌电极的外部表面和某些点上形成枝状沉积物。枝晶没有附着力，易刺穿隔膜。此外，锌酸盐密度较大，趋于下沉；随着充放循环的进行，电极上部消耗，大量锌沉积于电极下部，这就导致电极变形，电极变形减少有效面积，降低放电速率，影响电池容量。

发明内容

本发明的目的在于制备一种性能优异的水系锌镍电池，解决目前锌镍电池循环寿命的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种性能优异水系锌镍电池，包括含镍正极材料，锌负极材料和电解质溶液，以及隔膜。

所述的正极材料包括硒化镍、二或二硒化三镍/氢氧化镍中的任意一种。

所述的正极材料还可以为二硫化三镍/氢氧化镍。

所述的硒化镍的通式为NiSe，形貌为杆状纳米，长度在100～500nm之间；所述的二硒化三镍/氢氧化镍是二硒化三镍与氢氧化镍的复合材料，通式为Ni₃Se₂/Ni(OH)₂，形貌为片状花瓣状，颗粒尺寸为100～500nm。

所述的二硫化三镍/氢氧化镍的通式为Ni₃S₂/Ni(OH)₂，形貌为片状，宽度为200~1000nm。

根据上述的产品及产品的结构通式，本发明还提供一种镍的复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：向离子水中加入硼氢化钠和硒粉，其中硼氢化钠和硒粉的摩尔比为1.2-1.6：1，混合后持续搅拌，形成均匀的前驱体溶液；然后将该含硒元素的前驱体溶液转移至水热釜中，加入泡沫镍（1×1-4×4cm²），密封后在120-150℃条件下水热反应10-15h即可制备得到NiSe，即为镍的复合正极材料，NiSe的形貌为杆状纳米，长度在100～500nm之间。

作为优选方案，所述的镍的复合正极材料的制备方法，是将上述制备得到的NiSe置于硝酸镍与硫脲的混合水溶液中，静置1-3天后在100-130℃下水热反应18-25h，即可制备得到镍的复合正极材料Ni₃Se₂/Ni(OH)₂，其中硝酸镍与硫脲的摩尔比为1-2：1；所制备得到的Ni₃Se₂/Ni(OH)₂形貌为片状花瓣状，颗粒尺寸为100～500nm。。