一种基于多孔碳纳米囊原位包覆氧化锌的镍锌电池负极材料的制备方法

摘要

本发明提供一种基于多孔碳纳米囊原位包覆氧化锌的镍锌电池负极材料的制备方法，室温下，将氧化锌、无水乙醇、去离子水混合搅拌后，加入间二苯酚、甲醛，搅拌使其充分聚合包覆；将固体离心、过滤、烘干后放置管式炉中，在氮气氛围中加热至600～1200℃进行碳化处理，再通入二氧化碳气体进行活化造孔1～5h，最后冷却后得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。本发明首次提出原位包覆法制备具有优异的导电性、高孔体积和大比表面的原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料，碳原子将氧化锌固定在囊中，避免其溶解；碳囊壁上可以调控大小的微孔能够使小尺寸的碱负离子自由进出碳囊，具有很好的应用价值和市场前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域,提供一种用于基于多孔碳纳米囊原位包覆氧化锌的镍锌电池负极材料及其制备方法。

背景技术

镍锌电池是一种高性能绿色二次动力电池，具有比能量高，低温性能好和无记忆效应。在生产和使用过程中不会对环境造成污染，被誉为真正的“绿色电池”，具有广阔的研究前景。镍锌二次电池的电化学反应是在碱性溶液中进行的反应，锌的反应速度主要受到液相扩散步骤影响。

现阶段，因镍锌电池中热力学性质不稳定，致使充电产物锌酸盐及放电产物ZnO在碱性溶液中溶解，因而造成锌负极变形、枝晶生长以及钝化和自腐蚀等问题，使得电极失效和电池循环寿命的衰减。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种具有优异的导电性、高孔体积和大比表面的多孔碳纳米囊原位包覆氧化锌，制备镍锌电池的负极材料，该负极材料能够避免氧化锌的溶解以及增强电子导电率和离子扩散速率，获得大比容量、长循环稳定性和高倍率性能。

所述的负极材料的多孔碳纳米囊可以包覆住氧化锌，纳米囊上可以调控大小的微孔又可以让碱自由进出碳囊，而大分子的氧化锌则被固定在囊内不能出来。同时碳材料具有优异的导电性。进而获得了大比容量、长循环稳定性和高倍率性能的镍锌电池，具有广泛的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于多孔碳纳米囊原位包覆氧化锌的镍锌电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

室温下，将氧化锌、无水乙醇、去离子水混合搅拌后，加入间二苯酚、甲醛，搅拌12～48小时，使其充分聚合包覆；将固体离心、过滤、烘干后放置管式炉中，在氮气氛围中加热至600～1200℃进行碳化处理2～10h，再通入二氧化碳气体进行活化造孔1～5h，最后冷却后得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。

为了控制纳米囊的孔径在3纳米以下，所述的通入二氧化碳气体的气流量为100～300毫升每分钟。

所述的氧化锌、无水乙醇、去离子水的质量比为1：1～8:1～8。

所述的氧化锌、间二苯酚、甲醛的质量比为1:0.1～1:0.1～1。

所述的镍锌电池负极材料为孔径可调的多孔碳纳米囊包覆氧化锌。

本发明的有益效果是：本发明首次提出原位包覆法制备具有优异的导电性、高孔体积和大比表面的原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料，其孔径可调的多孔碳纳米囊赋予了将高载量氧化锌封装在碳囊里的能力。碳原子可以将氧化锌固定在囊中，避免其溶解；碳囊壁上大量可以调控大小的微孔可以被控制在3纳米以下，使得小尺寸的碱负离子可以自由进出碳囊。由于碳材料成本低廉，因此具有一定的应用价值和市场前景，为镍锌电池工业化提供可能。

附图说明

图1为放大20万倍的目标材料的电镜图片；

图2为放大100万万倍的目标材料的电镜图片。

具体实施方式

以下对本发明做进一步说明。

实施例1

将3g氧化锌与10克乙醇，10克去离子水混合搅拌1小时后，再加入1g间二苯酚，1.12克升甲醛，搅拌12小时后，将固体取出离心过滤烘干，用管式炉在氮气氛围中加热两小时至600度，维持碳化2小时，再通入二氧化碳1小时进行活化造孔，气流量维持在300毫升每分钟以便控制纳米囊的孔径在3纳米以下。冷却后就得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。

实施例2

将1.5g氧化锌与10克乙醇，12克去离子水混合搅拌1小时后，再加入0.8g间二苯酚，1.12克甲醛，搅拌24小时后，将固体取出离心过滤烘干，用管式炉在氮气氛围中加热两小时至600度，维持碳化4小时，再通入二氧化碳2小时进行活化造孔，气流量维持在300毫升每分钟以便控制纳米囊的孔径在3纳米以下。冷却后就得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。

实施例3

将3g氧化锌与10克乙醇，12克去离子水混合搅拌1小时后，再加入0.8g间二苯酚，1.12克甲醛，搅拌40小时后，将固体取出离心过滤烘干，用管式炉在氮气氛围中加热两小时至900度，维持碳化4小时，再通入二氧化碳3小时进行活化造孔，气流量维持在100毫升每分钟以便控制纳米囊的孔径在3纳米以下。冷却后就得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。

实施例4

将5g氧化锌与10克乙醇，12克去离子水混合搅拌1小时后，再加入0.8g间二苯酚，1.12克甲醛，搅拌36小时后，将固体取出离心过滤烘干，用管式炉在氮气氛围中加热两小时至1000度，维持碳化8小时，再通入二氧化碳5小时进行活化造孔，气流量维持在200毫升每分钟以便控制纳米囊的孔径在3纳米以下。冷却后就得到原位包覆氧化锌的多孔碳纳米囊的镍锌电池负极材料。