[发明专利]氧化锌基水合碳酸氧铈复合材料的制备及其应用

说明书

本发明公开了氧化锌基水合碳酸氧铈复合材料的制备及其应用，具体为Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料的制备及其应用，其中制备方法包括：盐溶液制备，碱液制备，盐溶液与碱液超声混合，产物pH调节、陈化、洗涤，干燥；本发明提供的方法制备锌镍电池负极活性物质、抑制枝晶的生长，与物理混合相比，水热法可以通过改变温度、压力、反应时间来有效控制反应和晶体生长，使Ce更好地生长在ZnO表面，生成结晶度较好的Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料。该方法制备的Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料与传统ZnO相比具有更大的比表面积和更高的催化活性。

技术领域

本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO(氧化锌基水合碳酸氧铈)复合材料的制备及其在锌镍电池中的应用。

背景技术

锌镍电池作为一种新型能源电池与铅酸电池相比，具有工作电压高，比能量高，安全性高，成本低，充、放电较快，环保性能较好等优点，同时它无记忆效应，能够满足大电流放电需求，是铅酸电池的理想替代品。现有锌镍电池的负极材料主要以ZnO为主，ZnO这种材料在经过几十次循环充放电后就会明显产生枝晶生长现象，随着循环次数的增加，枝晶便会进一步生长并刺穿隔膜造成电池失效。与ZnO相比，添加含有高析氢过电位的稀土元素可在一定程度上抑制枝晶生长(参考文献Fan X，Yang Z，Long W.The preparation andelectrochemical performances of the composite materials of CeO₂ and ZnO asanode material for Ni-Zn secondary batteries[J].Electrochimica Acta,2013,108:741-748)。由已有专利“一种用水热法生长氧化锌单晶体的方法”(专利号CN200410009367.6)可知，该专利所讲述的氧化锌单晶体的制备周期较长，生产成本较大，并且产品并没有研究其电化学性能及在锌镍电池中应用。已有专利“一种制备颗粒均匀纳米水合碳酸氧铈的方法”(专利号CN201811561803.9)，在制备水合碳酸氧铈时需要进行二次pH值的回调，制备工艺较为复杂。

发明内容

采用本发明提供的方法制备锌镍电池负极活性物质、抑制枝晶的生长，与物理混合相比，水热法可以通过改变温度、压力、反应时间来有效控制反应和晶体生长，使Ce更好地生长在ZnO表面，生成结晶度较好的Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料。该方法制备的Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料与传统ZnO相比具有更大的比表面积和更高的催化活性；可制备出抑制负极锌枝晶的纯度高、缺陷少的Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料，该材料在锌镍电池中表现出较优异的电化学性能。

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

Ce₂O(CO₃)₂H₂O/ZnO复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将硝酸锌和硝酸铈按照锌离子与铈离子3:0.75的摩尔比混合均匀，然后加入去离子水配制成盐溶液；