[发明专利]一种ZnO/C纳米复合材料的制备方法、电极片和软包NiZn电池

说明书

本发明公开一种ZnO/C纳米复合材料的制备方法、电极片和软包NiZn电池，制备ZnO/C纳米复合材料的具体步骤包括：将聚乙烯醇和硝酸锌溶于水，高温搅拌溶解形成混合溶液；在酸性条件下加入戊二醛形成凝胶，将凝胶于一定温度下干燥；将干燥后的物质在惰性气体保护下于管式炉中煅烧，得到ZnO/C纳米复合材料。本发明公开的复合材料制备方法具有操作简单，成本低廉，且无需复杂的设备的特点，便于进行扩大化生产，以该方法制得的ZnO/C纳米复合材料为负极组装的NiZn电池具有长的寿命、高的能量密度和库伦效率。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种ZnO/C纳米复合材料的制备方法，及以此为基础制备的电极片和软包NiZn电池。

背景技术

NiZn电池作为一种新型储能装置，具有绿色环保、成本低、低温性能好等一系列优点。但现今商业NiZn电池存在能量密度及循环寿命低等缺点，阻碍了NiZn电池的大规模商业化应用。这是因为NiZn电池的电解液为浓碱溶液，充放电时，锌电极反应在浓碱溶液中进行，热力学性质不稳定，受到液相扩散步骤影响，致充放电产物在碱性溶液中溶解，造成锌负极变形、脱落、枝晶生长以及钝化和自腐蚀等问题，从而影响NiZn电池的电化学性能。

NiZn电池的锌负极材料主要由锌或氧化锌构成，其具有可逆性好、能量密度高、资源丰富（地壳丰度0.015%）、安全性能高及对环境无污染等优点，是一种具有优异电化学潜能的负极材料。为了得到高性能的锌负极，研究者采用了很多种方法，如Parker等采用3D海绵状锌作为负极，锌枝晶在3D海绵状锌内部产生，提高了NiZn电池的循环寿命，但3D海绵状锌的制作成本较高，此情况限制了该材料的商业化应用；Lee等人用TiO₂包覆氧化锌，TiO₂钝化层阻止了ZnO溶解到碱性电解质中，有效抑制了锌负极的形变，但TiO₂导电性差，导致其比容量降低等。专利CN105161702A、CN1467868A、CN106935865A报道了锌镍电池负极的制备方法且以此为基础制备的锌镍电池，但其主要集中在合浆的工艺层面；专利CN106848315A采用铋作为掺杂离子制备[Zn_xBi_1-x(OH)₂]·[(A^a)_y·mH₂O]，此方法的制备工艺复杂，可操作性较差。

因此，采用简便方法制备一种可应用在锌镍电池上并能提高其性能的氧化锌活性材料成为当前急需。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开一种ZnO/C纳米复合材料的制备方法和以该材料为基础制备NiZn电池负极和软包NiZn电池，利用聚乙烯醇和戊二醛在酸性条件下快速形成凝胶的特点，首先形成聚乙烯醇-戊二醛-硝酸锌凝胶，然后干燥得到固体。在高温条件下，聚乙烯醇和戊二醛碳化，硝酸锌分解为ZnO，从而形成ZnO/C纳米复合材料。ZnO/C纳米复合材料具有优异的电化学性能，用其作为负极活性材料制备得到的NiZn电池具有高的能量密度、功率密度和循环寿命。

本发明的技术方案为：一种ZnO/C纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）室温下，将Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解于去离子水中形成硝酸锌溶液；

（2）在Zn(NO₃)₂溶液中加入一定量的聚乙烯醇（PVA），升温至90℃，搅拌至PVA完全溶解；

（3）将混合溶液降温至35℃，用1 M的盐酸溶液将混合液的pH值调为2，加入戊二醛（GA）获得凝胶，将形成的凝胶放置在干燥箱中烘干；

（4）将烘干后的产物转移至高温管式炉中，于惰性气体保护下进行煅烧，煅烧结束后保温1~4 h，降至室温即得到ZnO/C纳米复合材料。