一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法技术

一种基于编织结构的多孔锌‑空气电池负极的制备方法，属于锌‑空气电池负极材料技术领域。编织结构的多孔锌‑空气电池负极：以金属锌线为原料，通过编织的方法在锌‑空气电池电极上造孔，提高其比表面积，形成多孔结构的锌‑空气电池负极。采用具有纯度较高、粗细均匀、比表面积较高的金属锌线为原料，通过简单的编织制得具有多孔结构的锌‑空气电池负极，有效提高了锌‑空气电池负极的利用率。为商业化锌‑空气电池的实际应用提供了理论依据。

A preparation method of porous zinc air battery negative electrode based on braiding structure

The invention relates to a preparation method of porous zinc air air battery negative electrode based on braiding structure, belonging to the technical field of anode material of zinc air battery. The porous zinc air battery negative electrode is used as the raw material to make holes on the zinc electrode air battery electrode by the method of braiding, and to increase the specific surface area and form the porous structure of the zinc anode air battery anode. The zinc electrode with a high purity, uniform thickness and high surface area was used as the raw material. It provides a theoretical basis for the practical application of commercialized zinc air battery.

【技术实现步骤摘要】
一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法
本专利技术涉及一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，属于锌-空气电池负极材料
技术背景锌-空气电池是一种以空气中的氧气作正极活性物质，金属锌作负极活性物质的电池。既可制成一次电池，也可制成二次电池，通常二次电池采用更换锌负极和电解液的方法进行机械式充电。锌-空气电池开路电压为1.4～1.5V，具有比能量大，放电电压平稳，正极活性物质空气来源无限，电池价廉等优势。但是，由于放电过程中金属锌负极表面形成的氧化锌会组织金属锌进一步的电化学反应，从而降低锌-空气电池负极的利用率，进而降低电池的容量。针对这一问题，以锌粉取代金属锌板，可以将其放电比容量提高到125mAhg-1。但是，金属锌粉用于锌-空气电池负极时需要容器盛装固定，并且容易洒落。不仅会增加电池的质量和体积，而且会造成资源浪费和环境污染。合适锌负极的选择与锌-空气电池性能的提高密切相关。目前锌-空气电池负极主要还是用的金属锌板，要提高锌负极的利用率，必须从提高负极的孔隙度和比表面积入手，增大电解液与电极之间的接触面积，抑制放电过程中形成氧化锌对金属锌电化学反应的阻碍作用，从而提高锌-空气电池的电化学性能。
技术实现思路
针对目前锌-空气电池金属锌负极利用率低的问题，本专利技术提供一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法。本专利技术将商业化的金属锌线通过简单的编织形成具有多孔编织结构的锌网，可以作为锌-空气电池的负极使用。一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法：(1)选取金属锌线作为电极活性材料，优选商业化规格为0.3～5mm、纯度为99.99％的金属锌线；(2)金属锌负极的编织a、将选取的金属锌线裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为30～90°，将编织好的电极用锌箔封边；或b、将选取的金属锌线按照多条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为30～90°，将编织好的电极用锌箔封边；或c、将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为30～50mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为80～150mm，缠绕后取出硬质圆柱，得到中空的缠绕式圆柱电极，将中空的缠绕式圆柱电极斜向用力压制成长方形板式结构，然后将电极用锌箔封边；(3)将步骤(2)编织好的金属锌负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10～100mm、长度为5～10mm、厚度为1～3mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中选取商业化规格为0.3～5mm，提供丰富的比表面积。根据本专利技术，优选的，步骤(2)a中所述编织方法为：单条锌线纵横交叉的方式进行编织。根据本专利技术，优选的，步骤(2)b中所述编织方法为：多条锌线组合拧成锌绳然后纵横交叉的方式进行编织，优选采用2-10条锌线组合拧成锌绳。根据本专利技术，优选的，步骤(2)c中所述编织方法为：单条锌线螺旋缠绕的方式进行编织。可以单方向或双向，可以单层或双层缠绕。根据本专利技术，优选的，步骤(2)a和b中所述纵向与横向之间的编织角度为30～90°，进一步优化的为90°或60°。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述编织好的电极用锌箔封边。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的负极需要焊接极耳，进一步优化的极耳为金属锌板。本专利技术步骤(3)得到的锌-空气电池负极板作为商业化锌-空气电池的负极进行应用，具体的应用方法如下：(1)将锌-空气电池负极板用商业化电池隔膜包裹，置于带有四氧化三钴空气催化电极的块状电池壳中，倒入KOH电解液(优选6mol/LKOH)，组装成锌-空气电池；(2)将组装的电池静置1h，用于锌-空气电池，通过横流放电(截止电压为0.8V)的比质量容量或比体积容量判断负极金属锌的利用率。本专利技术方法所制备的锌-空气电池负极，在0.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为283.3mAh/g。术语说明：编织结构的多孔锌-空气电池负极：以金属锌线为原料，通过编织的方法在锌-空气电池电极上造孔，提高其比表面积，形成多孔结构的锌-空气电池负极。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用具有纯度较高、粗细均匀、比表面积较高的金属锌线为原料，通过简单的编织制得具有多孔结构的锌-空气电池负极，有效提高了锌-空气电池负极的利用率。为商业化锌-空气电池的实际应用提供了理论依据。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的编织结构的多孔锌-空气电池负极的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中编织结构多孔锌-空气电池负极的放电性能图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料均为常规原料。实施例1一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：(1)选取商业化规格为4mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。(2)将选取的金属锌线裁剪成100mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为90°，将编织好的电极用锌箔封边，其编织结构示意图如图1所示。(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10mm、长度为5mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/LKOH电解液，组装成锌-空气电池。在0.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为283.3mAh/g，其电化学性能如图2所示。实施例2一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：(1)选取商业化规格为0.5mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。(2)将选取的金属锌线按照4条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为60°，将编织好的电极用锌箔封边。(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为30mm、长度为10mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/LKOH电解液，组装成锌-空气电池。在1A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为275.5mAh/g。实施例3一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：(1)选取商业化规格为2mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。(2)将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为40mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为100mm(单层单向即弹簧式的结构)，缠绕后取出硬质圆柱，将电极压制成长方形，将编织好的电极用锌箔封边。(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10mm、长度为6mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/LKOH电解液，组装成锌-空气电池。在1.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为268.2mAh/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于编织结构的多孔锌‑空气电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取金属锌线作为电极活性材料；(2)金属锌负极的编织：a、将选取的金属锌线裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；或b、将选取的金属锌线按照多条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；或c、将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为30～50mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为80～150mm，缠绕后取出硬质圆柱，得到中空的缠绕式圆柱电极，将中空的缠绕式圆柱电极斜向用力压制成长方形板式结构，然后将电极用锌箔封边；(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10～100mm、长度为5～10mm、厚度为1～3mm的极耳，即得锌‑空气电池负极。

【技术特征摘要】
1.一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取金属锌线作为电极活性材料；(2)金属锌负极的编织：a、将选取的金属锌线裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；或b、将选取的金属锌线按照多条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；或c、将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为30～50mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为80～150mm，缠绕后取出硬质圆柱，得到中空的缠绕式圆柱电极，将中空的缠绕式圆柱电极斜向用力压制成长方形板式结构，然后将电极用锌箔封边；(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10～100mm、长度为5～10mm、厚度为1～3mm的极耳，即得锌-空气电池负极。2.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(2)a和b中所述纵向与横向之间的编织角度为30～90°。3.按照权利要求2所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪浩，徐小龙，郝振东，李浩强，刘晶冰，严辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11