CN115084517A - 一种石墨烯镍锌电池的电极板材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池技术领域，更具体的涉及一种石墨烯镍锌电池的电极板材料及其制备方法。一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，制备原料按重量百分比计包括：金属活性材料50～90％、石墨烯0.5～1.3％、水补充余量至100％。经过申请人大量创造性实验探究证明得到，采用金属活性材料和石墨烯量子点的复配使用可以活性金属进行特异性吸附，尤其在咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2～3的配比下使用，不仅提高了石墨烯量子点对电极材料的锚固作用，更进一步提升电极材料的使用寿命，避免了体系中生成腐蚀性物质附着在电极材料表面影响电极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，更具体的涉及一种石墨烯镍锌电池的电极板材料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对生活质量的要求不断升高，环保要求越来越高，开始出现大量电动骑车和电动汽车，但是电动车的出现反而带出一系列问题：比如电动车的储电能力差、充电速度慢、放电性能差、电池寿命短等均影响电动骑车和电动汽车的发展。
面对电动车面临的现状，中国专利CN106898761B公开了一种石墨烯镍锌电池的电极板材料制备工艺及石墨烯镍锌电池，在专利中公开了通过添加石墨烯对镍锌电极材料进行改性，制备得到循环寿命长的电池材料。但是，本申请人发现，中国专利CN106898761B公开的方法中加入的石墨烯材料含量较高，势必会提高电池的成本，增加消费者额外消费。
面对目前面对的高质量电池的需求度和对较低成本低的需求，生产一种成本合适，制备方便，性能优异的电池成为当前的一大重要任务。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，制备原料按重量百分比计包括：金属活性材料50～90％、石墨烯0.5～1.3％、水补充余量至100％。
在一些优选的实施方式中，所述的金属活性材料选自氧化锌、氢氧化镍、氧化镍、氢氧化锂、铂基二氧化铅、钛基氧化锌中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述的金属活性材料包括正极金属活性材料和负极金属活性材料。
电池放电时，总反应为Zn+2NiOOH+H2O═ZnO+2Ni(OH)2，充电时，总反应为ZnO+2Ni(OH)2＝Zn+2NiOOH+H2O
在一些优选的实施方式中，所述的石墨烯的重量百分比为0.8～1.2％。
在一些优选的实施方式中，所述石墨烯为石墨烯量子点。
在一些优选的实施方式中，所述的石墨烯量子点选自羧基化石墨烯量子点、氨基化石墨烯量子点、咪唑修饰的石墨烯量子点、羟基化石墨烯量子点、富含羧基和氨基的石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点、非改性石墨烯量子点中的一种或多种。
在一些优选的实施方式中，所述的石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点；咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2～3。
咪唑修饰的石墨烯量子点，型号XF203-1，购于江苏先丰纳米材料科技有限公司。
非改性石墨烯量子点为自制，制备方法包括以下步骤：
将富勒烯和氢氧化钠研磨，研磨后得到混合物，将研磨后的混合物转入马弗炉中煅烧4小时，冷却至室温得到固体混合物；
将得到的固体混合物加入水溶解，璃心去除未反应的物质，然后透析至滤液呈中性，然后冷冻干燥得到粉末；将得到的粉末溶于超纯水，得到质量浓度为1％的非改性石墨烯量子点溶液。
在一些优选的实施方式中，所述的咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2.4。
经过申请人大量创造性实验探究证明得到，采用金属活性材料和石墨烯量子点的复配使用可以活性金属进行特异性吸附，尤其在咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2～3的配比下使用，不仅提高了石墨烯量子点对电极材料的锚固作用，更进一步提升电极材料的使用寿命，避免了体系中生成腐蚀性物质附着在电极材料表面影响电极的使用寿命；并且，本申请的方案可以保证电流密度更加均匀，较少使用量就可以得到更好的提升效果。降低生产总成本，增加电池的使用寿命，降低消费者更换次数，减少消费成本，是一种具有巨大市场价值的电极板材料。
本发明的第二方面提供了一种石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在球磨机内加入金属活性材料和石墨烯，加入蒸馏水中稀释搅拌均匀，进行球磨处理；
2)将步骤1)球磨处理得到的产物进行脱水、干燥，得到石墨烯镍锌电池的电极板材料。
在一些优选的实施方式中，步骤3)所述的干燥温度控制120～240℃。
在本申请中，对干燥的温度进行了限定，申请人在实验过程中发现，干燥温度对电极板材料具有很大影响，温度过高会影响电极材料中石墨烯量子点的损失，影响电池材料中金属活性物质之间的结构，影响分子间的热运动效能；温度太低，会造成电极板材料表面的杂质等物质无法去除。
在一些优选的实施方式中，所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料的使用温度为-30℃～80℃。
有益效果：
经过申请人大量创造性实验探究证明得到，采用金属活性材料和石墨烯量子点的复配使用可以活性金属进行特异性吸附，尤其在咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2～3的配比下使用，不仅提高了石墨烯量子点对电极材料的锚固作用，更进一步提升电极材料的使用寿命，避免了体系中生成腐蚀性物质附着在电极材料表面影响电极的使用寿命；并且，本申请的方案可以保证电流密度更加均匀，较少使用量就可以得到更好的提升效果。降低生产总成本，增加电池的使用寿命，降低消费者更换次数，减少消费成本，是一种具有巨大市场价值的电极板材料。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，制备原料按重量百分比计包括：氧化锌60％、石墨烯1.2％、水补充余量至100％。
氧化锌为负极金属活性材料。
所述的石墨烯为石墨烯量子点。
所述的石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点；咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2.4。
咪唑修饰的石墨烯量子点，型号XF203-1，购于江苏先丰纳米材料科技有限公司。
非改性石墨烯量子点为自制，制备方法包括以下步骤：
将10mg富勒烯和250mg氢氧化钠研磨，研磨后得到混合物，将研磨后的混合物转入马弗炉中煅烧4小时，冷却至室温得到固体混合物；
将得到的固体混合物加入水溶解，璃心去除未反应的物质，然后透析至滤液呈中性，然后冷冻干燥得到粉末；将得到的粉末溶于超纯水，得到质量浓度为1％的非改性石墨烯量子点溶液。
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在球磨机内加入金属活性材料和石墨烯，加入蒸馏水中稀释搅拌均匀，进行球磨处理；
2)将步骤1)球磨处理得到的产物进行脱水、在160℃下干燥，得到石墨烯镍锌电池的电极板材料。
实施例2
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，制备原料按重量百分比计包括：氧化锌90％、石墨烯1.2％、水补充余量至100％。
氧化锌为负极金属活性材料。
所述的石墨烯为石墨烯量子点。
所述的石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点；咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2.4。
咪唑修饰的石墨烯量子点，型号XF203-1，购于江苏先丰纳米材料科技有限公司。
非改性石墨烯量子点为自制，制备方法包括以下步骤：
将10mg富勒烯和250mg氢氧化钠研磨，研磨后得到混合物，将研磨后的混合物转入马弗炉中煅烧4小时，冷却至室温得到固体混合物；
将得到的固体混合物加入水溶解，璃心去除未反应的物质，然后透析至滤液呈中性，然后冷冻干燥得到粉末；将得到的粉末溶于超纯水，得到质量浓度为1％的非改性石墨烯量子点溶液。
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法参照实施例1。
实施例3
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，制备原料按重量百分比计包括：氧化锌95％、石墨烯3％、水补充余量至100％。
氧化锌为负极金属活性材料。
所述的石墨烯为石墨烯量子点。
所述的石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点；咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2.4。
咪唑修饰的石墨烯量子点，型号XF203-1，购于江苏先丰纳米材料科技有限公司。
非改性石墨烯量子点为自制，制备方法包括以下步骤：
将10mg富勒烯和250mg氢氧化钠研磨，研磨后得到混合物，将研磨后的混合物转入马弗炉中煅烧4小时，冷却至室温得到固体混合物；
将得到的固体混合物加入水溶解，璃心去除未反应的物质，然后透析至滤液呈中性，然后冷冻干燥得到粉末；将得到的粉末溶于超纯水，得到质量浓度为1％的非改性石墨烯量子点溶液。
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法参照实施例1。
实施例4
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2。
实施例5
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：1。
实施例6
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：石墨烯量子点选自非改性石墨烯量子点。
实施例7
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点。
实施例8
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：步骤2)在50℃下干燥。
实施例9
一种石墨烯镍锌电池的电极板材料其具体实施方式同实施例1，与实施例1的不同点在于：步骤2)在400℃下干燥。
性能测试：
石墨烯镍锌电池包括电极板，电极板包括正电极板和负电极板，正电极板制备原料为60％氢氧化镍金属活性材料、1.2％石墨烯量子点、水补充余量至100％，通过本申请的方法制备；负电极板通过本申请实施例1-9方法制备。
1.对实施例1-9制备的石墨烯镍锌电池的电极板和正电极板组成镍锌电池进行充放电循环测试，测试条件为在25℃恒温下采用Land2001A电池测试系统在500mA/g电流密度下进行试验，测试电池充放电效率达95％时停止实验，记录循环次数，并将测试结果统计于下表。
2.对实施例1-9制备的石墨烯镍锌电池的电极板材料进行耐盐雾性测试，测试方法参照GB5938-86，规定表面无任何缺陷，完好无损的，记为A级；表面出现变色，并且出现电极材料面积轻微减少，记为B级；表面变色严重失去光泽，电极材料面积减少明显，记为C级，并将测试结果统计于下表。
| 实验 | 循环充放电 | 耐盐雾等级 |
| 实施例1 | 2400次 | A级 |
| 实施例2 | 2350次 | A级 |
| 实施例3 | 2200次 | B级 |
| 实施例4 | 2350次 | A级 |
| 实施例5 | 1800次 | A级 |
| 实施例6 | 1300次 | C级 |
| 实施例7 | 800次 | B级 |
| 实施例8 | 1200次 | A级 |
| 实施例9 | 700次 | B级 |
Claims (10)
1.一种石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，制备原料按重量百分比计包括：金属活性材料50～90％、石墨烯0.5～1.3％、水补充余量至100％。
2.根据权利要求1所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述的金属活性材料选自氧化锌、氢氧化镍、氧化镍、氢氧化锂、铂基二氧化铅、钛基氧化锌中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述的金属活性材料包括正极金属活性材料和负极金属活性材料。
4.根据权利要求1所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述的石墨烯的重量百分比为0.8～1.2％。
5.根据权利要求4所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述石墨烯选自石墨烯量子点。
6.根据权利要求5所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述的石墨烯量子点选自羧基化石墨烯量子点、氨基化石墨烯量子点、咪唑修饰的石墨烯量子点、羟基化石墨烯量子点、富含羧基和氨基的石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点、非改性石墨烯量子点中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料，其特征在于，所述的石墨烯量子点选自咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点；咪唑修饰的石墨烯量子点和非改性石墨烯量子点的重量比为1：2～3。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在球磨机内加入金属活性材料和石墨烯，加入蒸馏水中稀释搅拌均匀，进行球磨处理；
2)将步骤1)球磨处理得到的产物进行脱水、干燥，得到石墨烯镍锌电池的电极板材料。
9.根据权利要求8所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的干燥温度控制120～240℃。
10.根据权利要求8所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯镍锌电池的电极板材料的使用温度为-30℃～80℃。
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