本发明属于水系锌基碱性电池，具体涉及到一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料。
背景技术：
1、锌负极和水系电解质赋予水系锌基碱性电池可观的容量和倍率性能，但是正极材料与锌负极容量的不匹配及不太理想的稳定性都限制着碱性锌电池的发展。寻求高容量和高稳定性电极材料是发展水系锌基碱性电池的关键。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料及其制备方法。晶相/非晶结构能够暴露更多活性位点，缩短离子扩散路径，提高电极材料利用率。焦磷酸钴材料在碱性环境中良好的充放电耐受性以及独特的晶相/非晶结构，能够很好地改善水系锌钴电池的倍率性能和循环稳定性，提升水系锌钴电池的能量密度。
2、本发明所述的一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料，其制备方法包括如下步骤：
3、步骤一：含结晶水磷酸钴前驱体的制备
4、室温条件下，将金属钴盐、磷酸盐和尿素溶于一定体积的去离子水中，搅拌至溶液澄清。将混合后的粉红色溶液转移至内置导电衬底的水热釜内胆中。装好水热釜置于电热鼓风干燥箱中进行水热反应，冷却至室温后取出衬底，用去离子水和无水乙醇反复冲洗三遍，烘箱中干燥处理一段时间，即得前驱体(标记为cp)。
5、步骤二：晶相/非晶焦磷酸钴电极的制备
6、将一定质量的磷源和前驱体分别置于石英管的上游和下游，在设定温度下进行退火处理，氮气作为保护气氛，待管式炉冷却至室温后即得晶相/非晶焦磷酸钴电极材料(标记为c/a-copy)。
7、本发明所述的一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料，步骤一中所述的钴盐、磷酸盐浓度均为0.0001～0.5m；尿素浓度为0.001-1m。
8、本发明所述的一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料，步骤一中所述的金属钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴及醋酸钴中的任意一种。
9、步骤一中所述的磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠及磷酸氢二钠中的任意一种。
10、步骤一中所述的衬底包括亲水碳纸、泡沫镍、泡沫铜及不锈钢网中的任意一种。
11、步骤一中所述的水热反应的时间和温度为：1～24h，100～200℃。
12、步骤二中所述的磷源为次磷酸钠。
13、步骤二中所述的磷源/前驱体的质量比为0.01～0.5。
14、步骤二中所述的退火工艺的温度和时间为：200～600℃、0.5～10h。
15、本发明所述的一种应用于水系锌基碱性电池的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料制备时是在50～80℃下干燥1～12h。
16、本发明所述的水系锌基碱性电池由正极材料、锌负极和电解液组成。正极材料是在导电衬底上原位制备的晶相/非晶焦磷酸钴。
17、本发明所述的锌负极为锌片、锌箔或锌粉。
18、本发明所述的电解液为一定浓度的氢氧化钾和饱和可溶性锌盐。
19、本发明所述的可溶性锌盐包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、或醋酸锌中任意一种。
20、本发明与现有技术相比，具有如下优点：
21、首次将晶相/非晶的焦磷酸钴正极材料应用于水系锌基碱性电池领域。焦磷酸钴材料在碱性电解液中的充放电耐受性优于过渡金属氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物及磷酸盐，确保了水系锌基碱性电池良好的循环稳定性。晶态含结晶水的磷酸钴通过退火磷化处理能够转变为晶态的焦磷酸钴。一方面含结晶水的磷酸钴在升温过程中逐渐失去自身所带结晶水而转变为非晶态的磷酸钴，非晶态磷酸钴与气氛中产生的ph3气体在高温条件下反应可转变非晶态的焦磷酸钴；另一方面非晶态的焦磷酸钴在高温条件下能转变为晶态焦磷酸钴。因此，通过控制退火磷化处理的温度和时间就能制备得到晶相/非晶的焦磷酸钴。对比晶态的焦磷酸钴和非晶态的焦磷酸钴，独特的晶相/非晶结构，能够暴露更多的活性位点，增加活性物质的有效利用率；缩短电解质离子在电极内部的扩散路径，提高oh-扩散系数；结合导电衬底上的原位制备工艺，晶相/非晶的焦磷酸钴正极材料应用于水系锌基碱性电池能够有效地改善电池倍率性能，综合提升电池能量密度。
1.一种应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中钴盐、磷酸盐浓度均为0.0001~0.5m；尿素浓度为0.001-1m。
3.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所述的金属钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴及醋酸钴中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所述的磷酸盐包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠及磷酸氢二钠中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其他特征在于，所述步骤一中的衬底包括亲水碳纸、泡沫镍、泡沫铜及不锈钢网中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中水热反应的时间和温度为：1~24h，100~200℃。
7.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中磷源为次磷酸钠。
8.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中磷源/前驱体的质量比为：0.01~0.5。
9.根据权利要求1所述的应用于水系锌基碱性电池领域的晶相/非晶焦磷酸钴正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中退火工艺的温度和时间为：200~600℃、0~10h。
10.一种水系锌基碱性电池，其特征在于，所述的水系锌基碱性电池由权利要求1-9任一项所述的正极材料、锌负极和电解液组成。
