[发明专利]锌钴镍电池正极复合材料的制备方法

说明书

本发明介绍了一种锌钴镍电池正极复合材料的制备方法，得到钼酸根插层的钴镍氢氧化物包覆磷酸钴的异质结材料，钼酸根的插层增大了层间距以及钴镍氢氧化物与磷酸钴形成异质结材料，提升了正极活性材料的面容量和稳定性。所述的正极材料通过两步水热制备得到，首先一步水热在三维基底上生长纳米片状的磷酸钴，将第一步得到的样品再进行一步水热得到在磷酸钴表面均匀生长的钼酸根插层的片状钴镍氢氧化物，所述的材料应用到水系锌钴镍电池中，具有高容量和良好的循环稳定性，并且制备工艺简单，适合大规模生产应用。

技术领域

本发明涉及先进储能材料技术领域，具体涉及到一种高性能的水系锌钴镍电池正极材料。

技术背景

近年来，高性能的电化学储能技术取得了长足的进步，包括铅酸电池、锂离子电池、锌基电池。铅酸电池商业化比较早，但是存在容量低，使用寿命短等缺点。目前人们迫切需要高效、安全、环保、低成本的新型储能电源。目前发展迅速的储能设备中，锂离子电池因其高输出电压和高能量密度而被认为是一种候选电源。因为存在安全问题，锂离子电池仍然不能满足各广泛的应用，当锂离子电池使用不当时，导致电池内部温度的升高，使正极材料会发生活性物质的分解和电解液的氧化。同时，这两种反应能够产生大量的热，从而造成电池温度的进一步上升，导致安全性问题。

对于目前发展迅速的水系钴镍电池，与铅酸电池和锂离子电池相比，具有更高的容量和更长的使用寿命，减少了过渡金属的使用，降低对环境的污染。并且金属锌储备丰富，成本低锂离子电池，水系电解液相比于有机电解液更加安全，为今后的商业化提供了可行性的参考。本发明所述的水系锌钴镍电池的正极材料通过两步水热制备得到的钼酸根插层的异质结材料，钼酸根插层的引入增大了层状氢氧化物的层间距，加快了离子的扩散，以及层状氢氧化物和磷酸钴之间形成了内置电场，伴随离子的移动，从而使得电极材料的容量和稳定性有很大程度的提升。

发明内容

本发明的目的在于制备一种高容量，高稳定性的水系锌钴镍电池，解决目前锌钴镍电池容量低，稳定性差的问题。

该电池组成包括正极材料，负极材料和电解质溶液。电池的正极材料是泡沫镍上原位制备的钼酸根插层的钴镍氢氧化物包覆磷酸钴，该电极具有原材料丰富，制备工艺简单，稳定性好等特点。电池的负极材料是商业锌片，电解液是一定浓度的氢氧化钾和一定浓度的氯化锌溶液，可以有效提高液态电池的安全性。

本发明所述的正极材料为钼酸根插层的钴镍氢氧化物包覆磷酸钴的异质结材料。

本发明所述的正极材料的制备方法如下步骤：

步骤（1）：在去离子水中加钴盐、磷酸盐和尿素，搅拌均匀后将所得溶液转移至有三维基底材料的反应釜中，在100-130℃进行水热1-12h，待反应结束，取出泡沫镍冲洗、烘干，得到产物为磷酸钴；

步骤（2）：将步骤（1）得到的样品至于反应釜中，将钴盐、镍盐、钼酸盐、氟化铵、尿素配制成溶液，转移至反应釜，在100-130℃进行水热1-10h，待反应结束，取出泡沫镍冲洗、烘干，得到钼酸根插层的钴镍氢氧化物包覆磷酸钴，即为锌钴镍电池正极复合材料。

本发明的技术是将上述得到的酸根插层的钴镍氢氧化物包覆磷酸钴的异质结材料作为正极，锌片作为负极，水系电解液一起组成水系锌镍电池。

步骤（1）中所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴中的任意一种；磷酸盐包括磷酸二氢氨、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠，钴盐和磷酸盐的浓度均为0.0001-0.5M/L；尿素的为15-20mM。

步骤（2）中所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴中的任意一种；钴盐为硫酸镍、硝酸镍或醋酸镍中的任意一种；钼酸盐为钼酸钠、钼酸铵中的任意一种；钴盐、钴盐、钼酸盐的浓度均为0.0001-0.5M/L。

步骤（2）中氟化铵为6-8mM；尿素的为15-20mM。

本发明所述的正极材料制备时使用的三维基底材料为碳布，碳纸，泡沫镍中的任意一种。