一种锌银电池用银纳米线正极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，包括以下步骤：将集流体的上、下方铺放经过预处理后的银纳米线，经模压成形和真空烧结后得银纳米线正极，本发明专利技术制备得到银纳米线正极具有比表面积高、厚度小、体电阻小、结构稳定的优点。

A silver nanowire cathode for zinc-silver batteries and its preparation method

The invention discloses a preparation method of silver nanowire cathode for zinc-silver batteries, which comprises the following steps: laying pre-treated silver nanowires on the upper and lower parts of the collector fluid, forming silver nanowire cathode by die pressing and vacuum sintering, and preparing silver nanowire cathode has the advantages of high specific surface area, small thickness, small bulk resistance and stable structure.

【技术实现步骤摘要】
一种锌银电池用银纳米线正极及其制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种锌银电池用银纳米线正极及其制备方法。
技术介绍
锌银电池是以氧化银为正极，锌为负极，氢氧化钾水溶液为电解液的化学电源，具有高比能量、高比功率、高安全性、高电压稳定性等特性，被广泛应用于水下装备和航空航天领域。随着装备性能提升的需求，如提高装备续航能力、增大装备有效载荷重量和空间、降低自重提高装备机动性，提高装备航行速度和快速反应能力等，则要求锌银电池进一步提高比能量及快速放电性能。提高比能量的关键是提高电极活性物质在电池中的比重及其容量利用率，提高快速放电性能的关键是增大电极活性物质的比表面积和降低电极体电阻。目前，锌银电池的氧化银正极常采用热分解醋酸银（乙酸银）制得微米级银粉，经模压成形和烧结等工艺制得银电极，再经充电得到氧化银正极。采用微米级银粉制备锌银电池正极存在以下不足：（1）微米级颗粒状银粉粒径大，限制了电池比能量的提高。充电时银电极中银粉由表及里发生氧化反应，反应速率主要由O-2离子及电子的迁移控制，随着反应产物氧化银的增多，O-2离子及电子的迁移阻力呈指数增大，阻碍了银粉心部氧化反应的进行，降低了氧化银的转化率。因此银粉粒径越大，电池比能量越小。锌银电池的微米级银粉粒径范围为1~15μm。（2）微米级银粉正极厚，比表面积小，难以提高电池的比能量和快速放电性能。为保证银电极的均匀性，微米级银粉模压成银电极时厚度不宜太薄，因此银电极一般控制在0.3mm以上。同时比表面积小的微米级银粉模压成银电极，其比表面积更小，充电时较厚的银电极的心部与电解液接触几率小，氧化反应阻力大，限制了电池比能量的提高。充电后得到的氧化银正极比表面积小，难以实现快速放电，而且较厚的氧化银正极在快速放电时易产生较大的极化电流密度，导致电极活性物质利用率和电池激活速率降低，不利于电池的比能量和快速放电性能的提高。例如某定型锌银电池所用微米级银粉比表面积为0.28m2/g，模压烧结制成银电极，其厚度为0.5mm，比表面积仅有0.14m2/g，充电后氧化银正极比表面积为0.18m2/g。（3）微米级银粉正极的体电阻大，电池充放电过程易过热，在快速放电时尤为严重。微米级银粉模压后经低于熔点温度烧结，银粉之间仍以物理接触为主，接触电阻大，而且粒状银粉与集流体接触面较小，无法形成良好的导电网络，充电后的银粉表层是导电性更差的氧化银，进一步增大电极的体电阻，快速放电时电池容易过热，影响其使用性能。（4）微米级银粉电极的强度很低，结构完整性差。银粉之间以物理接触为主，存在掉粉现象，既增大了电池的装配难度，电池性能的稳定性更是难以保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积高、厚度小、体电阻小、结构稳定的锌银电池用银纳米线正极及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，包括以下步骤：将集流体的上、下方铺放经过预处理后的银纳米线，经模压成形和真空烧结后得银纳米线正极。所述银纳米线的直径为20～200nm，长度为5～50μm，杂质总含量小于0.5%。作为对上述技术方案的进一步改进：优选地，所述预处理为分离提纯。优选地，所述分离提纯的具体步骤为：S1、将含有银纳米线反应液用乙醇或水稀释2～5倍，采用压滤法或离心沉淀法进行固液分离，得沉淀；S2、将沉淀分散于乙醇或水中，采用压滤法或离心沉淀法进行固液分离，得沉淀；S3、循环步骤S22～5次，得到高纯的银纳米线。优选地，所述压滤法的压力为0.5～5MPa；所述离心沉淀法的转速为1000～4000rad/min，离心时间为3～10min。优选地，所述集流体为银网。优选地，所述银网的厚度为0.05～0.2mm，网孔为2～4mm×3～6mm。优选地，所述模压成形的具体步骤为：取经过预处理后的银纳米线两等份，将其中一份银纳米线均匀铺设于模具中，将集流体放置于银纳米线上，再将另一份银纳米线均匀铺设于集流体上，在模压压力为0.5～6MPa的压强下压制成形，得银纳米线正极粗品，所述每份银纳米线与集流体的质量比为1.5～5∶1。优选地，所述真空烧结的具体步骤为：将银纳米线正极粗品置于真空度为10-2～10-4Pa，温度为150～300℃的条件下烧结1～3h，得银纳米线正极。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种锌银电池用银纳米线正极，所述银纳米线正极由前述制备方法制备得到，包括集流体层及位于集流体层上、下方的银纳米线层。优选地，所述银纳米线正极比表面积为2～5m2/g，厚度为0.1～0.5mm，体电阻率为20～100μΩ·cm。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术的锌银电池用银纳米线正极的制备方法，采用银纳米线制备银纳米线正极，银纳米线直径极小有利于提高电池的比能量。充电时，直径极小的银纳米线转化为氧化银，其厚度远小于微米级银粉生成的，因此对O-2离子及电子迁移的阻碍有限，银纳米线心部氧化反应充分，提高了氧化银的转化率，真空烧结能实现银纳米线间的焊合，提高电极整体性，降低银纳米线正极的体电阻率。（2）本专利技术的锌银电池用银纳米线正极的制备方法，银纳米线为一维纳米结构，能制备出更薄且均匀的电极，厚度小，比表面积大，有利于提高电池的比能量和快速放电性能。薄的银纳米线正极心部氧化反应充分，提高了氧化银的转化率；并且银纳米线正极具有高比表面积（2～5m2/g），充电后得到的氧化银正极比表面积为0.4～1m2/g，远高于微米级银粉制备的氧化银正极；同时薄的银纳米线正极在快速放电时可降低极化电流密度，提高活性物质利用率和缩短电池激活时间，提高电池的比能量及快速放电性能。（3）本专利技术的锌银电池用银纳米线正极，银纳米线的熔点低，银纳米线间经烧结后易焊合形成优异的导电网络和稳定的三维网格结构。集流体层上、下方均铺设有银纳米线层，使得银纳米线与集流体接触点多，降低了电池的体电阻，提高了电极强度，减少了集流体用量，提高单位重量中活性物质的比例，提高电池的比能量及快速放电性能。（4）本专利技术的锌银电池用银纳米线正极制备成本较低，工艺简单，尺寸可控，性能稳定，可批量生产。附图说明图1是实施例1银纳米线的扫描电子显微镜图。图2是实施例1银纳米线正极的扫描电子显微镜图。图3是实施例1银纳米线正极充电后的扫描电子显微镜图。图4是实施例1银纳米线正极的结构示意图。图中各标号表示：1、集流体层；2、银纳米线层。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，包括以下步骤：将集流体的上、下方铺放经过预处理后的银纳米线，经模压成形和真空烧结后得银纳米线正极。本专利技术采用银纳米线制备银纳米线正极，银纳米线直径极小有利于提高电池的比能量。充电时直径极小的银纳米线转化为氧化银，其厚度远小于微米级银粉生成的，因此对O-2离子及电子迁移的阻碍有限，银纳米线心部氧化反应充分，提高了氧化银的转化率，真空烧结实现银纳米线间的焊合，提高电极整体性，降低银纳米线正极体电阻。实施例1本实施例的一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，包括以下步骤：1、银纳米线的预处理：采用常规醇热法制备银纳米线，将得到的银纳米线进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将集流体的上、下方铺放经过预处理后的银纳米线，经模压成形和真空烧结后得银纳米线正极。

【技术特征摘要】
1.一种锌银电池用银纳米线正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将集流体的上、下方铺放经过预处理后的银纳米线，经模压成形和真空烧结后得银纳米线正极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述银纳米线的直径为20～200nm，长度为5～50μm，杂质总含量小于0.5%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预处理为分离提纯。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述分离提纯的具体步骤为：S1、将含有银纳米线反应液用乙醇或水稀释2～5倍，采用压滤法或离心沉淀法进行固液分离，得沉淀；S2、将沉淀分散于乙醇或水中，采用压滤法或离心沉淀法进行固液分离，得沉淀；S3、循环步骤S22～5次，得到高纯的银纳米线。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述压滤法的压力为0.5～5MPa；所述离心沉淀法的转速为1000～4000rad/min，离心时间为3～10min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述集流体为银网。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震，堵永国，郑春满，余翠娟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43