[发明专利]一种磷酸锌/碳复合负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型锌负极材料，通过低温煅烧，合成出磷酸锌/碳复合材料，并以此作为锌镍二次电池的负极活性物质。

背景技术

锌镍电池因具有比能量高、比功率大、工作电压高、环境友好等特点而受到广泛关注，有望替代铅酸电池，用作动力电池。但是，由于锌镍电池存在循环寿命短、容量衰减等问题，严重阻碍了其商业化进程。导致这些问题的主要原因是锌负极活性材料在碱性电解液中的溶解。针对这些问题，研究人员开展了大量工作，结果表明，通过添加剂改性、氧化锌形貌控制、采用难溶解性锌化合物等途径，可以有效提高锌负极的电化学性能。但仍然未能从根本上解决锌镍电池的枝晶生长和锌电极变形问题。因此，对新型负极活性材料的研制是发展锌镍电池的有效途径。磷酸锌是一种锌含量较高的多孔材料，其孔洞结构和较大的比表面有利于载荷离子的迁移和电化学反应的进行。由于磷酸锌属于绝缘体，其导电性很差，并且在强碱性溶液中有一定的溶解度，这些问题对磷酸锌作为锌镍电池负极材料非常不利。本发明在磷酸锌表面经低温焙烧合成碳包覆层，较大程度地提高了磷酸锌的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是获得一种新型磷酸锌/碳复合负极材料，以提高锌镍二次电池锌负极材料的电化学性能。

具体步骤为：

按质量比9:1称取磷酸锌和葡萄糖，先将葡萄糖溶解于20ml蒸馏水中，搅拌均匀，然后将磷酸锌添加到葡萄糖溶液中，在70℃条件下继续搅拌，直至烧杯中的水分蒸干。将烧杯在80℃下干燥5h，得到的产物转移至瓷舟中，在氩气气氛下于600℃煅烧6h，得到磷酸锌/碳复合材料。

附图说明

图1为磷酸锌和本发明实施例1制备的磷酸锌/碳复合材料的X-射线衍射谱(XRD)。

图2为本发明实施例1制备的磷酸锌/碳复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片。

图3为本发明实施例1制备的磷酸锌/碳复合电极与氢氧化镍正极在6M KOH+0.32M LiOH电解液中的充放电曲线。

图4为本发明实施例1制备的磷酸锌/碳复合材料做负极，氢氧化镍做正极组成锌镍电池的循环充放电性能。

具体实施方式

实施例1：

称取0.2g市售分析纯葡萄糖(C₆H₁₂O₆·H₂O≥99.0％)溶解于20ml蒸馏水中，加入1.8g市售分析纯磷酸锌(Zn₃(PO₄)₂·4H₂O≥99.0％)，接着将烧杯置于70℃的恒温磁搅拌器中，加热搅拌至水分蒸干。将烧杯置于80℃干燥箱中，干燥5h，转移至瓷舟中，在氩气气氛下于600℃煅烧6h，得到磷酸锌/碳复合材料。X-射线衍射结果(参见附图1)表明，制备的磷酸锌/碳复合材料(附图1(b))与磷酸锌衍射峰(附图1(a))对照后未发现磷酸锌以外的衍射峰，说明包覆的碳为无定型碳；透射电子显微镜结果(参见附图2)显示，磷酸锌表面存在明显的碳包覆层。

按质量比为8:1:1的比例称取磷酸锌/碳复合材料、石墨粉、乙炔黑置于研钵中研磨30min，混合均匀后加入适量的无水乙醇和质量分数为60％的PTFE乳液，继续研磨制成膏状浆料，将浆料涂覆在黄铜网上，在对辊机上辊压成型至厚度为0.3mm，在60℃下干燥12h，裁剪，称重，得到多孔磷酸锌负极材料电极片。以市售的氢氧化镍(贵港市捷力电池有限公司提供)作锌镍电池正极，以6M KOH+0.32M LiOH溶液(试剂为市售分析纯药品)作电解液，组装成模拟锌镍电池。模拟电池的充放电曲线如附图3所示，磷酸锌/碳复合材料作为锌镍电池负极活性材料的工作电压约为1.8V，放电容量可达350mA·h/g以上。模拟电池的循环充放电性能测试测试结果如图4所示，其最高放电容量可达361.1mA·h/g，通过100次连续充放电循环后，其比容量为349mA·h/g，容量保持率达96.4％，表明磷酸锌/碳复合材料作为锌镍电池负极材料具有良好的电化学性能。