一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法技术

一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，本发明专利技术涉及锌铟合金粉末的制备方法。本发明专利技术是要解决锌‑氧化银电池的锌负极中铟的分布不均匀的技术问题。本方法：一、以ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸配制沉积液；二、以铜片为阴极，以高纯锌板为阳极搭建沉积系统；三、在恒电流条件下沉积；四、将铜片上所得粉末真空干燥，得到锌铟合金粉末。本发明专利技术的锌铟合金粉末具有树枝状结构，铟的分布均匀，可用于制备的锌‑氧化银电池。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法
本专利技术涉及锌铟合金粉末的制备方法。
技术介绍
锌-氧化银电池是一种具有较高的比能量和功率密度的化学电源，具有稳定的放电电压、安全性好、无毒无害等优点，应用于民用和国防航天领域。但是锌-氧化银电池的循环性能限制了它的应用领域，锌电极的稳定性对锌-氧化银电池的循环性能有重要影响，锌负极在碱性电解液会出现锌电极变形、锌电极枝晶、锌电极的自腐蚀、锌电极的钝化的情形，这些问题将影响电池的容量和循环寿命，为了解决锌电极的这些问题，通常是采用添加剂的方法，这些添加剂包括：金属(汞、铅、锡、铟等)及其金属氧化物(Bi2O3、SnO2、Ga2O3等)、氢氧化物(Ca(OH)2、In(OH)3、Ba(OH)2、Mg(OH)2等)和有机分子(十二烷基苯磺酸盐、十二烷基硫酸盐)等。锌电极加入添加剂后，添加剂会使得锌电极的腐蚀和析氢过电位增加，抑制锌电极的自腐蚀和析氢；添加剂会使得锌电极在循环过程中，会使电流分布更均匀，抑制锌在沉积过程中枝晶的产生。在锌-氧化银电池循环过程中，添加剂会抑制锌电极的形变、枝晶、钝化、自腐蚀，提高锌电极活性物质的利用率。在这些添加剂中，除了金属外，其他添加剂的导电性较低，选择金属作为添加剂有加高的导电率，而在这些金属添加剂中汞、铅、铟具有较高的析氢过电位，可以作为添加剂的选择。但是汞、铅由于有毒，对环境有污染，逐渐被人们禁止使用。而铟由于具有较高的析氢过电位、良好的导电性、稳定的化学性质、对环境友好等优良性质，由此选择铟作为添加剂添加到锌电极中来提高锌电极的析氢过电、抑制锌电极的自腐蚀和氢气的产生。目前将铟作为添加剂加入锌电极的方式为机械混合或共熔和表面包覆，但这些方法制备的电极，铟在锌电极中分布不均匀，电池的循环寿命仍然较低。硕士论文《锌铟合金电沉积规律及其在高能碱锰电池中的应用研究》一文中公开了一种在酸性硫酸盐体系中，通过电镀法在铜集流体表面沉积铟或锌铟合金层的方法，该镀铟或锌铟合金的铜集流体在碱性体系中具有较好的电化学稳定性。其镀液的基本组成为硫酸铟8-12g/L，硫酸锌18-26g/L，以EDTA为主，由含羟基、羧基、胺基的有机化合物组成的复合络合剂60-70g/L，添加剂2-5g/L。由于沉积层是沉积在集流体上，铟在锌电极中分布不均匀。该技术方案是通过电沉积的方法直接制备锌银合金粉末，该粉末直接作为锌银电池锌电极的活性物质，而并不是在集流体上沉积，并且铟作为添加剂是均匀分布在整个锌电极当中的；上述方案只是在集流体上有分布，铟在锌电极中分布是不均匀。
技术实现思路
本专利技术是要解决锌-氧化银电池的锌负极中铟的分布不均匀的技术问题，而提供一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法本专利技术的利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，按以下步骤进行：一、按ZnSO4的浓度为20～40g/L、In2(SO4)3的浓度为2～6g/L、Na2SO4的浓度为10～20g/L、EDTA的浓度为35～45g/L、柠檬酸的浓度为4～8g/L，将ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸加入到水中溶解，并调节pH为4～6，得到沉积液；二、以铜片为阴极、以高纯锌板为阳极，将铜片与锌板用导线与电源相连接，同时将铜片与锌板浸入到沉积液中并保持两极的距离为3～6cm；得到沉积系统；三、开启电源，在恒电流条件下沉积，其中电流密度为50～150mA/cm2，沉积时间为5～10min；四、将铜片上所得粉末在40～60℃下真空干燥，得到锌铟合金粉末。本专利技术利用多种离子在阴极得电子而发生还原沉积的电化学共沉积方法，在铜基板上得到具有树枝状结构的锌铟合金粉末，该锌铟合金粉末中铟与锌实现原子级别的均匀分布，从而使锌负极在循环过程中均匀地重新分布，达到抑制锌枝晶的形成和锌电极的自腐蚀析氢，从而提高负极的活性物质的利用率和放电性能的目的。同时这种树枝状结构的锌铟合金粉末具有较大的比表面积，可以降低电池内阻，提高电池的放电能力。本专利技术的锌铟合金粉末可用于制备的锌-氧化银电池。附图说明图1为实施例1中锌铟合金的XRD衍射图；图2为实施例1中锌铟合金的SEM图；图3为实施例1中锌铟合金中锌元素面分布图；图4为实施例1中锌铟合金中铟元素面分布图；图5为实施例1中沉积锌粉、镀层锌粉、锌铟合金的线性极化曲线；图6为实施例2中锌铟合金的XRD衍射图；图7为实施例3中锌铟合金的XRD衍射图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，按以下步骤进行：一、按ZnSO4的浓度为20～40g/L、In2(SO4)3的浓度为2～6g/L、Na2SO4的浓度为10～20g/L、EDTA的浓度为35～45g/L、柠檬酸的浓度为4～8g/L，将ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸加入到水中溶解，并调节pH为4～6，得到沉积液；二、以铜片为阴极、以高纯锌板为阳极，将铜片与锌板用导线与电源相连接，同时将铜片与锌板浸入到沉积液中并保持两极的距离为3～6cm；得到沉积系统；三、开启电源，在恒电流条件下沉积，其中电流密度为50～150mA/cm2，沉积时间为5～10min；四、将铜片上所得粉末在40～60℃下真空干燥，得到锌铟合金粉末。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的沉积液中ZnSO4的浓度为25g/L、In2(SO4)3的浓度为5g/L、Na2SO4的浓度为15g/L、EDTA的浓度为40g/L、柠檬酸的浓度为5g/L，pH为5。其它与具体实施方式一相同。本实施方式通过添加Na2SO4，提高沉积液的导电能力强，增加阴极极化，使得电化学共沉积反顺利发生，得到粉末状的锌铟合金。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述的高纯锌板的质量百分纯度大于99.99％。其它与具体实施方式一或二相同。本实施方式的高纯锌板作为牺牲性阳极。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中将铜片和高纯度的锌板是经过预处理的，具体的预处理过程为：将铜片和高纯度的锌板放入到浓度为1～1.2mol/L的KOH溶液中浸泡，以除去材料表面的油渍，然后用蒸馏水清洗；再把它们分别放入到1～1.2mol/L的盐酸溶液中，除去材料表面的氧化物，然后用蒸馏水冲洗，以除去材料表面的残留液。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中电流密度为100mA/cm2，沉积时间为10min。其它与具体实施方式一至四之一相同。用下面的实施例验证本专利技术的有益效果：实施例1：本实施例的利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，按以下步骤进行：一、按ZnSO4的浓度为20g/L、In2(SO4)3的浓度为5g/L、Na2SO4的浓度为10g/L、EDTA的浓度为40g/L、柠檬酸的浓度为5g/L，将ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸加入到去离子水中溶解，并调节pH为4，得到沉积液；二、将铜片和质量百分纯度为99.99％的高纯度的锌板放入到1mol/LKOH溶液中浸泡10min，除去材料表面的油渍，然后用蒸馏水清洗3次；再把它们分别放入到1mol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、按ZnSO4的浓度为20～40g/L、In2(SO4)3的浓度为2～6g/L、Na2SO4的浓度为10～20g/L、EDTA的浓度为35～45g/L、柠檬酸的浓度为4～8g/L，将ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸加入到水中溶解，并调节pH为4～6，得到沉积液；二、以铜片为阴极、以高纯锌板为阳极，将铜片与锌板用导线与电源相连接，同时将铜片与锌板浸入到沉积液中并保持两极的距离为3～6cm；得到沉积系统；三、开启电源，在恒电流条件下沉积，其中电流密度为50～150mA/cm2，沉积时间为5～10min；四、将铜片上所得粉末在40～60℃下真空干燥，得到锌铟合金粉末。

【技术特征摘要】
1.一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、按ZnSO4的浓度为20～40g/L、In2(SO4)3的浓度为2～6g/L、Na2SO4的浓度为10～20g/L、EDTA的浓度为35～45g/L、柠檬酸的浓度为4～8g/L，将ZnSO4、In2(SO4)3、Na2SO4、EDTA和柠檬酸加入到水中溶解，并调节pH为4～6，得到沉积液；二、以铜片为阴极、以高纯锌板为阳极，将铜片与锌板用导线与电源相连接，同时将铜片与锌板浸入到沉积液中并保持两极的距离为3～6cm；得到沉积系统；三、开启电源，在恒电流条件下沉积，其中电流密度为50～150mA/cm2，沉积时间为5～10min；四、将铜片上所得粉末在40～60℃下真空干燥，得到锌铟合金粉末。2.根据权利要求1所述的一种利用电化学共沉积制备锌铟合金粉末的方法，其特征在于步骤一中的沉积液中ZnSO4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜再兴，邱胜友，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23