一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法及多孔锌负极技术

本发明专利技术提供了一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法及多孔锌负极，本发明专利技术优化了活性物质配方，以及多孔锌负极的制备工艺，将涂布工艺与烧结工艺结合，通过筛选配方比例和工艺参数，获得的多孔锌负极形貌规则，孔隙率适中，克服了传统涂布式容易掉粉的缺点，也使烧结工艺确定了最佳的配方比例和工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法及多孔锌负极
本专利技术涉及锌体系蓄电池领域，具体涉及一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法及多孔锌负极。
技术介绍
目前以锌作为负极活性物质的锌系蓄电池有碱性锌银蓄电池、碱性锌镍蓄电池、碱性锌锰蓄电池。其中都存在锌电极的可逆性的问题、枝晶的问题和自腐蚀的问题。锌电极基底起着集流体和导电骨架的作用,基底的选择既要有利于活性物质的高密度填充,又要使活性物质不容易脱落,还要有良好的导电网络结构。锌电极的基底除了容纳活性物质以外,还必须有一定的自由空间来承受电极的膨胀。目前常见的锌电极体系有压成式锌电极、涂布锌电极锌电极技术。涂布式锌电极又称化成式、放电式锌负极，它采用放电态活性物质氧化锌作为主要活性成分，配以导电剂、添加剂、粘合剂构成锌负极活性物质。涂布式将充分混合后的负极活性物质和成粘度较小的浆状物，将连续滚动的集流体弯曲通过浆料槽浸覆浆状物后经狭缝宽度固定拉桨，经干燥、复压、裁切成所需尺寸的极板。压成式锌负极与涂布式锌负极不同，该工艺采用电化学活性较高的电沉积锌粉作为活性物质。干压是将苛性碱电解液中电沉积的金属锌粉经水洗、乙醇脱水、真空干燥、筛分分级后再干压于集流体上。涂膏式及压成式蓄电池用锌负极均有一个共同的缺陷，就是在充电态下电极极板的机械强度较低，在放电后期由于锌负极上大部分金属锌已经转变为氧化锌，极板中未反应的金属锌粉因锌粉表面被氧化锌包裹，使金属锌粉之间及锌粉与集流体之间的电子导电性快速变差，尤其是在大电流条件会导致电池升温过快，电池性能急剧下降。<br>锌系列蓄电池所采用的电解液都是高浓度苛性碱，其锌负极的充放电机理相同:Zn+4OH-——Zn(OH)42-＝ZnO+H2O+2OH-。目前碱性蓄电池锌负极存在锌负极的钝化、锌负极的自放电、锌负极的变形、锌负极的迁移、和锌负极锌枝晶等众多问题。由于锌电极多采用片状锌负极，经热熔与冷轧处理后锌晶体颗粒细化结构致密，与电解液接触面积小，增加了锌负极的钝化趋势。另外，锌由于属于较活泼金属，在碱性电解液中存在腐蚀和自溶现象。导致锌负极的析氢腐蚀。第三，锌电极经过一定的充放电循环以后，电极往往发生形变，活性物质在充放电过程中在电极表重新分布，由于边缘效应和重力作用，锌电极在电极的底部和中间逐渐增厚，顶部和边缘活性物质逐渐消失。主要由于锌电极的放电产物Zn(OH)2在碱性电解液中的溶解度较大，充电时溶解在电解液中的氧化锌不会沉积到初始溶出位置，若干次循环后导致累计效应使电极出现变形。还有影响锌电极性能的重要一点是锌枝晶问题，由于锌负极表面物理的、化学的不均匀性，引起锌负极表面电流、电网分布的差异，造成充电过程中锌负极表面所沉积锌量的不均匀性，并且尖端放电和离子电迁移沿最短路径两种效应的叠加，使得这种不均匀性持续恶化的过程，直至形成树枝状锌枝晶，不断增长的锌枝晶会刺穿电池隔膜导致电池内部短路使电池失效。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：提供一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，解决了传统涂布式和压成式锌电极电极极板的机械强度较低，充放电过程中容易掉粉的缺点。同时本专利技术所述锌负极比表面积大，不容易出现负极钝化和变形，锌枝晶的问题也大大改善。为达到上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锌离子电池用多孔烧结锌负极制备方法，包括如下步骤：(1)制浆：将锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂分按一定比例分散均匀，得到负极活性材料；(2)涂布干燥：在负极基体材料表面拉桨涂布负极活性材料，然后进行烘干；(3)烧结：将上诉步骤中涂布的负极材料放入还原性气氛炉中进行烧结；(4)清洗：烧结完毕后降温至室温，放入去离子水中进行超声波清洗，得到多孔烧结锌负极。所述步骤(1)中负极活性材料由锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂按重量比(40-50)：(2-3)：(20-30):(10-20):(0.1-0.5)组成。所述步骤(1)中负极活性材料由锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂按重量比40：2：30：15：0.2组成。所述锌粉粒径范围为100-500um，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇羧丁醛中之一，所述造孔剂为氯化钠、氯化钾其中之一，所述添加剂为氢氧化钙、铟粉，其比例为1:2。所述造孔剂的粒径为100-500um。所述步骤(2)中负极基体材料可以选择冲孔镍带、拉伸镍网、拉伸钢网、拉伸铜网，所述基体材料的孔径为0.1mm-1mm，所述厚度为0.5-1mm。所述步骤(2)中干燥温度为80-120度。所述步骤(3)中烧结温度为300-400度。所述上述制备方法获得的一种锌离子电池用烧结多孔锌负极，其中所述锌负极包含基体材料、活性材料组成，所述基体材料可以选择冲孔镍带、拉伸镍网、拉伸钢网、拉伸铜网中之一组成，其中孔径为0.1mm-1mm，所述厚度为0.5-1mm；所述活性材料由锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂组成。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列有益效果：(1)提供一种多孔锌负极的制备方法，结合涂布式和烧结两种工艺，使制备的锌负极经过烧结过程，强度大大增加。(2)配方中增加了造孔剂，在清洗过程中会形成均匀孔隙，增加了负极与电解液的表面积，使放电倍率大大增加(3)配方中加入了抑制剂，大大降低了负极的析氢能力。本技术方案优化了制备工艺，获得的锌负极致密，多孔，强度高，厚度均匀。附图说明图1不同NaCl粒径对锌负极的孔隙率和循环次数影响。图2不同造孔剂颗粒粒径下的显微形貌图,其中：(a)500um；(b)300um；(c)150um；(d)图(b)的金相图片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例1将100um锌粉40g、羧甲基纤维素钠2g、粒径为150um氯化钠30g、水15g、氢氧化钙0.2g、铟粉0.4g放入搅拌反应釜中搅拌分散均匀，得到负极活性材料浆料，选择冲孔镍带，孔径0.3mm、厚度0.5mm，将获得的负极活性材料浆料拉桨涂布在冲孔镍带两面，然后在100度条件下进行烘干2小时，然后转移至烧结炉中，在还原性气氛炉中进行烧结，烧结温度为300度，烧结时间为6小时，烧结完毕后降温至室温，放入去离子水中进行超声波清洗，得到多孔烧结锌负极，进行孔隙率和在1C条件下循环次数测试。实施例2在不改变实施例1的其他比例的情况下，仅将锌粉的粒径改为300um，然后进行拉桨，烘干，烧结，清洗，进行锌负极孔隙率测试在1C条件下循环次数测试。实施例3在不改变实施例1的其他比例的情况下，仅将增稠剂羧甲基纤维素钠改为聚乙烯醇羧丁醛2g，然后进行拉桨，烘干，烧结，清洗，进行锌负极孔隙率测试在1C条件下循环次数测试。实施例4在不改变实施例1的其他比例的情况下，仅将造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，包括如下步骤：/n(1)制浆：将锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂分按一定比例分散均匀，得到负极活性材料；/n(2)涂布干燥：在负极基体材料表面拉桨涂布负极活性材料，然后进行烘干；/n(3)烧结：将上诉步骤中涂布的负极材料放入还原性气氛炉中进行烧结；/n(4)清洗：烧结完毕后降温至室温，放入去离子水中进行超声波清洗，得到多孔烧结锌负极。/n

【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，包括如下步骤：
(1)制浆：将锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂分按一定比例分散均匀，得到负极活性材料；
(2)涂布干燥：在负极基体材料表面拉桨涂布负极活性材料，然后进行烘干；
(3)烧结：将上诉步骤中涂布的负极材料放入还原性气氛炉中进行烧结；
(4)清洗：烧结完毕后降温至室温，放入去离子水中进行超声波清洗，得到多孔烧结锌负极。


2.根据权利要求1所述的一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中负极活性材料由锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂按重量比(40-50)：(2-3)：(20-30):(10-20):(0.1-0.5)组成。


3.根据权利要求1所述的一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中负极活性材料由锌粉、增稠剂、造孔剂、水、添加剂按重量比40：2：30：15：0.2组成。


4.根据权利要求1所述的一种锌离子电池用多孔烧结锌负极的制备方法，其特征在于，所述锌粉粒径范围为100-500um，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇羧丁醛中之一，所述造...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯腾腾，冯楠，侯绍瑞，
申请(专利权)人：苏州中亿兴新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32