一種磷酸鋅/碳複合負極材料的製作方法

2023-08-11 09:18:39

本發明涉及一種新型鋅負極材料，通過低溫煅燒，合成出磷酸鋅/碳複合材料，並以此作為鋅鎳二次電池的負極活性物質。

背景技術：

鋅鎳電池因具有比能量高、比功率大、工作電壓高、環境友好等特點而受到廣泛關注，有望替代鉛酸電池，用作動力電池。但是，由於鋅鎳電池存在循環壽命短、容量衰減等問題，嚴重阻礙了其商業化進程。導致這些問題的主要原因是鋅負極活性材料在鹼性電解液中的溶解。針對這些問題，研究人員開展了大量工作，結果表明，通過添加劑改性、氧化鋅形貌控制、採用難溶解性鋅化合物等途徑，可以有效提高鋅負極的電化學性能。但仍然未能從根本上解決鋅鎳電池的枝晶生長和鋅電極變形問題。因此，對新型負極活性材料的研製是發展鋅鎳電池的有效途徑。磷酸鋅是一種鋅含量較高的多孔材料，其孔洞結構和較大的比表面有利於載荷離子的遷移和電化學反應的進行。由於磷酸鋅屬於絕緣體，其導電性很差，並且在強鹼性溶液中有一定的溶解度，這些問題對磷酸鋅作為鋅鎳電池負極材料非常不利。本發明在磷酸鋅表面經低溫焙燒合成碳包覆層，較大程度地提高了磷酸鋅的電化學性能。

技術實現要素：

本發明的目的是獲得一種新型磷酸鋅/碳複合負極材料，以提高鋅鎳二次電池鋅負極材料的電化學性能。

具體步驟為：

按質量比9:1稱取磷酸鋅和葡萄糖，先將葡萄糖溶解於20ml蒸餾水中，攪拌均勻，然後將磷酸鋅添加到葡萄糖溶液中，在70℃條件下繼續攪拌，直至燒杯中的水分蒸乾。將燒杯在80℃下乾燥5h，得到的產物轉移至瓷舟中，在氬氣氣氛下於600℃煅燒6h，得到磷酸鋅/碳複合材料。

附圖說明

圖1為磷酸鋅和本發明實施例1製備的磷酸鋅/碳複合材料的x-射線衍射譜(xrd)。

圖2為本發明實施例1製備的磷酸鋅/碳複合材料的透射電子顯微鏡(tem)照片。

圖3為本發明實施例1製備的磷酸鋅/碳複合電極與氫氧化鎳正極在6mkoh+0.32mlioh電解液中的充放電曲線。

圖4為本發明實施例1製備的磷酸鋅/碳複合材料做負極，氫氧化鎳做正極組成鋅鎳電池的循環充放電性能。

具體實施方式

實施例1：

稱取0.2g市售分析純葡萄糖(c6h12o6·h2o≥99.0％)溶解於20ml蒸餾水中，加入1.8g市售分析純磷酸鋅(zn3(po4)2·4h2o≥99.0％)，接著將燒杯置於70℃的恆溫磁攪拌器中，加熱攪拌至水分蒸乾。將燒杯置於80℃乾燥箱中，乾燥5h，轉移至瓷舟中，在氬氣氣氛下於600℃煅燒6h，得到磷酸鋅/碳複合材料。x-射線衍射結果(參見附圖1)表明，製備的磷酸鋅/碳複合材料(附圖1(b))與磷酸鋅衍射峰(附圖1(a))對照後未發現磷酸鋅以外的衍射峰，說明包覆的碳為無定型碳；透射電子顯微鏡結果(參見附圖2)顯示，磷酸鋅表面存在明顯的碳包覆層。

按質量比為8:1:1的比例稱取磷酸鋅/碳複合材料、石墨粉、乙炔黑置於研缽中研磨30min，混合均勻後加入適量的無水乙醇和質量分數為60％的ptfe乳液，繼續研磨製成膏狀漿料，將漿料塗覆在黃銅網上，在對輥機上輥壓成型至厚度為0.3mm，在60℃下乾燥12h，裁剪，稱重，得到多孔磷酸鋅負極材料電極片。以市售的氫氧化鎳(貴港市捷力電池有限公司提供)作鋅鎳電池正極，以6mkoh+0.32mlioh溶液(試劑為市售分析純藥品)作電解液，組裝成模擬鋅鎳電池。模擬電池的充放電曲線如附圖3所示，磷酸鋅/碳複合材料作為鋅鎳電池負極活性材料的工作電壓約為1.8v，放電容量可達350ma·h/g以上。模擬電池的循環充放電性能測試測試結果如圖4所示，其最高放電容量可達361.1ma·h/g，通過100次連續充放電循環後，其比容量為349ma·h/g，容量保持率達96.4％，表明磷酸鋅/碳複合材料作為鋅鎳電池負極材料具有良好的電化學性能。