【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源与材料，尤其涉及一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料及其制备方法。
技术介绍
1、针对日益严重的环境污染、石油枯竭等问题，同时响应国家双碳政策的发展，探索可持续的清洁能源迫在眉睫。由于太阳能、地热能等能源的随即间歇性，开发具有高能量密度、安全可靠的储能系统势在必行。目前在我国的电池市场中占有率最高的就是锂离子电池和铅酸电池，在电池中最突出的代表就是锂离子电池，其能量密度高，体积小，但是锂离子电池电解液为有机溶剂，一旦出现泄漏等情况，容易引起电池着火，甚至燃烧和爆炸，因此限制了其发展。铅酸电池多用于人们日常所骑的电动车中，出于价格和安全性考虑大多采用铅酸电池，但铅酸电池会造成环境污染、功率和能量密度低。在这里讨论的都为二次电池，除了这两种电池以外，镍系电池的市场占有率大概为10%左右，由于其使用水系电解液安全性高，低温性能好，其中应用较为广泛的是镍镉电池和镍氢电池。人们最早研究的是镍镉电池，其价格低廉，放电平台稳定，但是镍镉电池的记忆效应以及镉金属污染环境限制了它的发展。后来人们开始研究镍氢电池，镍氢电池一直在市场占有一定的份额，但是镍氢电池负极储氢合金粉价格昂贵。
2、相比之下，镍锌电池具有安全性良好、功率密度高、价格低廉等优点而成为新一代电池体系中有力的竞争者。由于锌基材料在碱性溶液中的易溶解性，目前很难适用于富液态下的碱性镍锌储能电池体系，大部分均为贫液体系。而富液态体系无论从能量密度、倍率性能、循环寿命等角度出发，均具有很强的应用前景。目前，该类电池的短板主要集中于锌负极材料，因而提升该类
3、为了缓解锌负极的上述问题，来自国内外的学者提出了各种策略，例如添加剂的使用，表面改性和材料结构优化。其中，金属氧化物添加剂ca(oh)2的研究最多，锌酸钙的形成会降低锌酸盐在电解液中的溶解度，减少锌负极的溶解，但是锌酸钙的形成和分解缓慢，导致电池的高倍率充放电性能较差； kang等设计了一种多孔纳米 caco3作为锌负极的保护层，可以达到均匀且自下而上的锌沉积反应，这种设计有效抑制了锌枝晶的生长，从而提高了电池的库伦效率和循环稳定性，但是其放电比容量较低(kang l, cui m, jiang f,gao y, luo h, liu j, et al. nanoporous caco3coatings enabled uniform znstripping/plating for long-life zinc rechargeable aqueous batteries. adv.energy mater. 2018, 8 (25), 1801090.)。相关研究表明，螯合剂中含有大量含氧官能团，可与zn2+络合从而缓解了锌负极的溶解现象，然而大量的含氧官能团虽然一定程度上抑制了zn的溶解，但所形成的螯合层会阻碍电子的快速迁移，降低了电池容量。此外，常规的电极材料所采用的附碳法以葡萄糖热解或添加导电碳为主，而这些碳源在和活性物质混合时，很难均匀的附着在材料表面，导电效果欠佳，无法有效抑制zn离子溶解。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料及其制备方法，所述负极活性材料具有较高的放电比容量和良好的循环稳定性，极大地缓解了锌负极的溶解，而且制备工艺操作简单，反应条件温和，所用试剂价格低廉，为富液态下镍锌电池体系的开发和应用提供了极为有力的支持。
2、为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将氧化锌基材料和螯合剂按一定比例混合之后研磨，得到前驱体；
5、(2)在氩气氛围中，将上述前驱体在200~900℃下瞬时加热，处理5~240分钟，得到螯合剂/氧化锌复合材料；具体如将上述前驱体置于石英管中并通入惰性保护气氛，待炉膛温度加热稳定后，快速放入其中，既定温度下维持5~240分钟，得到螯合剂/氧化锌复合材料。
6、以上所述步骤中，步骤（1）中所用氧化锌基材料为zno或含有zno的复合材料，所述复合材料为zno/in2o3、zno/sno2、zno/sb2o5中的一种或多种；
7、所述螯合剂为单宁酸、柠檬酸、苯甲酸、水杨酸、肉桂酸、苯乙酸、对甲基苯甲酸、对羟基苯甲酸中的一种或多种；
8、所述氧化锌和螯合剂的质量比为(1～60):1；
9、步骤(2)中在加热至既定温度下的氩气氛围中快速加热，升温速率不限，保持温度为200~900℃，热处理时间为5~240分钟，得到螯合剂/氧化锌基复合材料。
10、以上所述方法制备得到的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料，包括由内向外依次为氧化锌基材料层、螯合官能团层、碳层。
11、本专利技术制备的螯合剂/氧化锌基复合材料，可作为负极活性材料用于镍锌电池中。
12、有益效果：本专利技术提供了一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料及其制备方法，提供了一种短时高温热解螯合剂和氧化锌复合材料的方法，螯合剂在瞬时高温热解过程中，靠近zno层的螯合官能团能更好的吸附于表面，外层螯合剂分解形成均匀碳层，得到的氧化锌基材料和螯合剂的复合材料作为富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料，表现出较高的放电比容量及良好的循环稳定性，既具有优异导电性，又可防止zn2+在碱性环境中的溶出，极大缓解了锌负极的溶解，从而为富液态下镍锌电池体系的开发和应用提供了极为有力的支持；而且本专利技术具有工艺流程少、原材料成本低、合成时间极短、能耗低、环境友好、安全无毒害且性能优良的优势，适宜于规模化生产。
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1.一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锌基材料为ZnO或含有ZnO的复合材料。
3.根据权利要求2所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述含有ZnO的复合材料为ZnO/In2O3、ZnO/SnO2、ZnO/Sb2O5中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为单宁酸、柠檬酸、苯甲酸、水杨酸、肉桂酸、苯乙酸、对甲基苯甲酸、对羟基苯甲酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锌和螯合剂的质量比为(1～60):1。
6.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体过程为：在加热至既定温度下的氩气氛围中快速加热，升温速率不限，保持温度为200~900℃，热处理时间为5~240分
7.权利要求1-6任一项所述方法制备得到的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料，其特征在于，所述材料包括由内向外依次为氧化锌基材料层、螯合官能团层、碳层。
8.根据权利要求7所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料，其特征在于，所述碳层为无定形碳。
...【技术特征摘要】
1.一种富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锌基材料为zno或含有zno的复合材料。
3.根据权利要求2所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述含有zno的复合材料为zno/in2o3、zno/sno2、zno/sb2o5中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的富液态碱性体系下镍锌电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为单宁酸、柠檬酸、苯甲酸、水杨酸、肉桂酸、苯乙酸、对甲基苯甲酸、对羟基苯甲酸中的一种或多种。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：常焜，王妮，刘梦月，汪楠，王雨薇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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