一种水系镍铁电池及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114883669A(43)申请公布日2022.08.09(21)申请号202210384815.9H01M4/58(2010.01)(22)申请日2022.04.13B22F3/11(2006.01)B33Y40/20(2020.01)(71)申请人西北工业大学C23C18/12(2006.01)地址710072陕西省西安市友谊西路127号B22F10/12(2021.01)(72)发明人徐茜江睿奕官操李晨B22F10/62(2021.01)(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事B22F10/64(2021.01)务所(普通合伙)61290专利代理师云燕春(51)Int.Cl.H01M10/30(2006.01)H01M10/28(2006.01)H01M4/02(2006.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/48(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种水系镍铁电池及其制备方法(57)摘要本发明一种水系镍铁电池及其制备方法，属于电池领域；电池包括Fe2O3@3DFe正极、NiCo2S4@3DNi负极和氢氧化钾溶液电解质；制备方法为，首先通过软件设计F‑KS结构模板，然后分别采用硫酸镍模板和硫酸铁基板制备NiCo2S4@3DNi电极和Fe2O3@3DFe电极，最后两个电极结合电解质组装得到水系镍铁电池。本发明采用可回收金属盐3D打印制备的多孔金属结构电极组成的水系镍铁电池，通过合理设计三维周期性多孔结构的电极，确定性地制造有序的电子/离子传输路径，解决了传统3D多孔结构的随机无序性电子/离子传输速率慢的问题。同时该工艺原材料易于回收，是实现可持续生产的好选择。CN114883669ACN114883669A权利要求书1/2页1.一种水系镍铁电池，包括正极、负极和电解质；其特征在于：所述正极为Fe2O3@3DFe，负极为NiCo2S4@3DNi，电解质为氢氧化钾溶液。2.根据权利要求1所述水系镍铁电池，其特征在于：所述正极和负极为分层多孔3D金属镍电极。3.一种权利要求1所述水系镍铁电池的制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：通过软件设计F‑KS结构模板；将一定比例硫酸镍粉末、VariquatCC42NS、光固化树脂混合、搅拌、研磨得到树脂，采用所述树脂进行打印；打印完成后，将打印好的结构从打印平台上取下，进行多次超声清洗后，置于室温下干燥，得到硫酸镍模板；将一定比例硫酸铁粉末、VariquatCC42NS、光固化树脂混合、搅拌、研磨得到树脂，采用所述树脂进行打印；打印完成后，将打印好的结构从打印平台上取下，进行多次超声清洗后，置于室温下干燥，得到硫酸铁基板；步骤二：将步骤一得到的硫酸镍模板/硫酸铁基板置于马弗炉中脱脂烧结，脱脂的氧化镍结构/氧化铁结构随后转移到PECVD炉中，在氩氢混合气氛中加热还原，得到3D打印金属镍结构/3D打印金属铁结构；步骤三：将一定质量的六水合硝酸钴、六水合硝酸镍和六亚甲基四胺溶解于甲醇中，搅拌形成透明粉红色溶液；将溶液转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜中，再将步骤二得到的3D打印金属镍结构悬浮在溶液中，加热后，合成Ni‑CoLDH；再用去离子水清洗数次，并在真空烘箱中干燥，得到Ni‑CoLDH@3DNi；步骤四：将一定质量九水硫化钠加入去离子水中，搅拌至透明；然后将步骤三制备的Ni‑CoLDH@3DNi样品放入上述透明溶液中，得到混合物；随后，将所得混合物转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜中，加热反应，取出产物，用去离子水洗涤，干燥，得到NiCo2S4@3DNi电极；步骤五：将一定质量氢氧化钠、过硫酸铵与去离子水、氟化铵溶液混合，转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜中；将3D打印金属铁结构浸入本步骤高压釜的溶液中；加热反应后取出，用去离子水冲洗并在真空烘箱中干燥；将所制备的基板加热并在Ar气氛中保持，获得Fe2O3@3DFe电极；步骤六：以Fe2O3@3DFe为正极，NiCo2S4@3DNi为负极，6M氢氧化钾为电解质，组装得到水系镍铁电池。4.根据权利要求3所述水系镍铁电池的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，以20‑60g金属盐、1‑10mLVariquatCC42NS、30mL光固化树脂在琥珀色瓶中混合，在室温下于磁力搅拌器搅拌1‑3小时，再用行星球磨机进行研磨；所述光固化树脂为E‑HDDA和E‑TMPTA以3:22比例，并加入2wt.％TPO配合而成。5.根据权利要求3所述水系镍铁电池的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述脱脂烧结工艺的烧结温度为200‑1000℃，烧结时间为1‑5小时；还原步骤为在400‑900℃的氩氢混合气氛中还原1‑5小时。6.根据权