[发明专利]一种锌负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锌负极材料及其制备方法，所述的锌负极材料包括铜锌复合物，或碳包覆的铜锌复合物；其中，所述的铜的状态为金属铜、氧化亚铜、氧化铜中的一种或多种；所述的锌的状态为氧化锌。本发明提供的锌负极材料可用于碱性和中性水溶液的电池体系中，是一种合适的电极活性材料，能同时提高锌负极循环寿命及电池的比能量，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种锌负极材料及其制备方法，可作为电极活性物质用于碱性和中性水溶液的电池体系中。

背景技术

人类社会迈入工业化以来，对煤和石油等矿物能源的需求巨大，随着煤和石油等不可再生能源的巨大消耗而资源日益缺乏。二氧化碳排放加剧的温室效应和日渐严重的空气、生态环境的污染已经对我们赖以生活的地球家园构成了较为严峻的威胁。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。可再生能源发电具有时差性和不稳定性，限制了其大规模并网利用。蓄电是解决可再生能源的不稳定性问题的一个有效方法，可实现可再生能源大规模应用。

化学蓄电池是电动工具、电动车、电网等储能的重要手段，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。电池具有良好的电性能，且容易做到环保清洁无污染，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。

锌基电池是化学蓄电池的重要分支，是化学电源的研发热点。锌的贮藏量丰富、价格便宜、比容量高，而且锌基电池的生产和使用不会对环境产生污染，是真正的绿色电池负极材料。由于具有这些优良特性，锌基电池，如锌镍二次电池、锌镍液流电池、锌溴电池等，备受研究者关注，成为储能电池的重要研发方向。

二次锌电极通常采用涂膏式的氧化锌(ZnO)电极，由于放电过程中形成的ZnO在碱液中具有较大的溶解度，其循环过程中易产生锌枝晶和锌板形变，使锌电极的寿命通常限制在300次左右。为改进循环寿命特性，人们曾尝试了机械再充式、第三电极充电式等技术方法，通过更换锌电极或电池外充电等方式达到提高锌电极循环性能的目的。机械可再充式简单易行，但也存在着更换负极操作繁杂、密封不严等问题。而采用第三电极充电，仍易产生锌枝晶和锌电极形变。近年有研究者采用活性物质与电解液的“体内外”循环的充电方式，以解决锌电极在充电过程中产生形变和枝晶的问题，但带有复杂的循环装置和电解液处理系统，使电池的比能量明显降低，且电池内阻大、维护困难。我们课题组利用ZnO在碱液中溶解度较大的特点，设计了溶解/沉积型液流锌电极，易解决枝晶、变形和钝化等问题，克服了目前碱性锌电极循环寿命差的缺点，但电池的比能量较低。锌溴电池等，利用卤化锌在近中性溶液中溶解度较大的特点，设计了溶解/沉积型液流锌电极改善了近中性溶液中锌电极循环寿命差的缺点，但电池的比能量也较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够提高锌负极循环寿命及电池的比能量的锌负极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

本发明一方面提供了一种锌负极材料，所述的锌负极材料包括铜锌复合物，或碳包覆的铜锌复合物；其中，所述的铜的状态为金属铜、氧化亚铜、氧化铜中的一种或多种；所述的锌的状态为氧化锌。

优选地，所述的锌负极材料为含有孔隙的干凝胶。

优选地，所述的锌负极材料的晶粒尺寸为10～200nm。

进一步优选地，所述的锌负极材料的晶粒尺寸为20～120nm。

更进一步优选地，所述的锌负极材料的晶粒尺寸为30～80nm。

优选地，所述的锌负极材料中铜元素和锌元素的摩尔比为1:4～20。

优选地，所述的碳包覆的铜锌复合物中碳的包覆质量为1～20％。

进一步优选地，所述的碳包覆的铜锌复合物中碳的包覆质量为2～15％。