以锌化合物作为负极活性物质的蓄电池制造技术

公开了一种蓄电池，包括正极、电解液、隔膜和含有一种或多种作为负极活性物质的锌化合物颗粒的负极，所述一种或多种锌化合物颗粒中至少有一种的颗粒上涂覆有一层涂层，所述涂层带有许多能使电子通过而不使锌元素穿过的直通微孔。还公开了另一种蓄电池，包括正极、电解液、隔膜和含有一种或多种作为活性物质的锌化合物的负极，在所述含锌化合物的负极表面上涂覆有一层涂层，所述涂层带有许多能使电子通过而不使锌元素穿过的直通微孔。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蓄电池，具体地说涉及带有以锌化合物作为负极活性物质的负极的蓄电池。随着技术的进步，各种便携式电子设备越来越流行，这种电子设备需要使用高性能的蓄电池作为电源。另外，出于环境保护的目的，人们已开始着手研制电动汽车，从而对各种蓄电池提出了越来越高的要求。现已研制成功了各种以锌化合物作为负极活性物质(下面简称锌负极)的蓄电池。与常见的镍-镉蓄电池相比，带有锌负极的蓄电池由于不含剧毒的镉元素，并且无“记忆”而更受人们欢迎。现已研制成功的带有锌负极的蓄电池的例子有Zn-Mn、Zn-Ni、Zn-Ag和锌-空电池等(详情请参见李国欣《新型化学电源导论》，复旦大学出版社，1992年12月和吉泽四郎《电池手册》，国防工业出版社，1987年3月)。对于能反复充电的蓄电池，要求在反复进行充放电的过程中，活性物质不脱落，不发生钝化。但是在电化学反应中，蓄电池的锌负极经过多次反复充放电后，含锌活性物质不可避免地会缓慢溶解在电解液中，从而缩短了所述蓄电池的使用寿命。通常通过向电解液中加入适量的锌元素来解决负极的腐蚀和脱落问题。可是这种方法只能延缓负极的腐蚀或脱落，而不能从根本上解决问题。另外，经过多次反复充放电后，在锌负极上会产生枝晶，这种枝晶会刺穿电池隔膜，缩短蓄电池的使用寿命。目前常通过增加隔膜的厚度或使用多层隔膜来解决该问题。但是增加隔膜厚度或使用多层隔膜不可避免地会增加蓄电池的体积和制造成本，影响蓄电池比能量的提高。因此，需要开发一种带有不易腐蚀和/或脱落并不产生枝晶的锌负极的蓄电池，并且这种蓄电池具有较高的比能量。本专利技术的目的是提供一种带有不易腐蚀和/或脱落、并不产生枝晶的锌负极的蓄电池及其制造方法。本专利技术的一个方面是提供一种蓄电池，它包括正极、电解液、隔膜和含有一种或多种作为负极活性物质的锌化合物颗粒的负极，其中所述一种或多种锌化合物颗粒中至少有一种的颗粒上涂覆有一层涂层，所述涂层带有许多能使电子通过而不使锌元素穿过的直通微孔。在本专利技术中，术语“直通微孔”是指在涂层中的一种具有一定直径的管状通道，所述管状通道的一端与内部锌化合物颗粒或锌化合物层相连，其另一端开口于涂层表面。从而使得所述内部锌化合物颗粒或内部锌化合物层与外部相通。这种直通微孔可以以径向的方式或以与锌化合物层垂直的方式使锌化合物与外部相通，也可以以其它弯曲的方式使两者相通。在本文中，术语“锌化合物”是指含锌元素的物质，包括金属锌、氧化锌等。涂覆在锌化合物颗粒上的涂层材料的例子包括，但不限于，铜、银、镍、钛、微孔陶瓷、微孔玻璃等。涂层的厚度一般为0.001-1mm(如购自上海通用化工研究所商品名为TH-111的涂有1mm铜涂层的金属锌粉颗粒)，涂层中微孔直径一般为0.01-0.2微米(如购自上海通用化工研究所商品名为TH-201的涂有带0.1微米直径微孔的玻璃涂层的氧化锌颗粒)。涂层中微孔的直径通常与被涂覆的锌化合物的种类有关。一般来说，在金属锌粉的涂层中微孔直径约为0.01-0.2微米，而氧化锌的涂层中微孔直径宜小于0.1微米。在本专利技术中，用于涂覆微孔涂层的锌化合物颗粒的粒径与常规的用于蓄电池的锌化合物颗粒的粒径相同，通常约为60-100,000目。在本专利技术负极中，作为活性物质的金属锌粉和/或氧化锌粉末的量可以是本领域中众所周知的量。例如，以负极活性物质的总量计，金属锌粉的量可以约为0-10重量％，氧化锌的量可以约为38-90重量％，还可含有平衡量的其它负极活性物质，如石墨粉，或导电颗粒等。当本专利技术负极活性物质同时含有金属锌粉和氧化锌粉末时，可同时使用带微孔涂层的金属锌粉和带微孔涂层的氧化锌粉末作为本专利技术负极活性物质。也可使用带微孔涂层的金属锌粉和无微孔涂层的氧化锌粉末，或者使用无微孔涂层的金属锌粉和带微孔涂层的氧化锌粉末作为本专利技术负极活性物质。从制得的蓄电池的使用寿命考虑，同时使用带微孔涂层的金属锌粉和氧化锌粉末制得的电池较好。但是与仅有一种粉末带微孔涂层的情况相比，两种粉末均带微孔涂层的电池的制造成本相对也较高。在所述锌化合物颗粒上涂覆一层能使电子通过而使锌不能穿过的涂层以后，可有效地防止锌活性化合物的溶解和/或脱落，并且由于锌不能穿透包覆在其外面的涂层，从而可防止锌枝晶的产生，结果极大地延长了锌负极的使用寿命，并由于无需担心隔膜被枝晶刺穿而可使用单层隔膜，从而提高了制得的蓄电池的比能量。在本专利技术的一个较好的实例中，将购自上海通用化工研究所商品名为TH-211的涂有微孔玻璃的金属锌粉和商品名为TH-101的涂有微孔铜涂层的氧化锌粉末与聚四氟乙烯乳液粘合剂一起混匀，随后刮涂在镍网上制成本专利技术的负极；将所述负极与常规的正极和电池隔膜一起卷绕成筒状，置于容器中并放入电解液后制得本专利技术蓄电池。在本专利技术另一个较好的实例中，先将正极压制成空心圆柱体，装入隔膜袋后，加入电解液，将带有微孔涂层的金属锌粉和无微孔涂层的氧化锌粉末灌入隔膜袋中，加上封盖后制得本专利技术蓄电池。在本专利技术中，用于制造负极的粘合剂可以是用于制造蓄电池的任何常规粘合剂，只要这种粘合剂不会对本专利技术蓄电池的性能产生不利影响即可。所述粘合剂的说明性例子有CMC，聚四氟乙烯乳液，维尼龙等。在本专利技术负极中，如果使用导电基材的话，那么这种导电基材可以是任何常规的导电基材，例如镍片、镍丝网、银片、涂银镍片或石墨等。本专利技术蓄电池所使用的电解液可以是常规的蓄电池用电解液，如碱金属的氢氧化物、碱金属卤化物的碱性溶液、氧化锌的碱性溶液及其混合物等。本领域的熟练技术人员还应理解，除了锌化合物外，本专利技术蓄电池的负极中还可包括作为负极活性物质的其它材料，如石墨粉、碳等，这些材料可与锌化合物一起构成本专利技术蓄电池的负极活性材料。例如，在本专利技术的一个较好的实例中，将适量的涂覆微孔陶瓷的金属锌粉和具有同样涂层的氧化锌粉末与石墨粉一起加CMC粘合剂混匀，然后刮涂在导电基材上制成本专利技术蓄电池的负极。本专利技术还提供所述蓄电池的制造方法。在本专利技术的一个较好的实例中，所述方法包括1)形成正极；2)形成电解液和隔膜；3)将金属锌粉和/或氧化锌粉末和/或其它负极活性物质与粘合剂混匀，涂覆在导电基材上形成负极；4)将所述负极、正极、电解液和隔膜置于容器中形成蓄电池，其中所述金属锌粉和/或氧化锌粉末中的至少一种带有微孔涂层，并且所述微孔涂层能使电子穿过而使锌化合物不能透过。在本专利技术的另一个较好的实例中，所述方法包括1)将正极材料压制成中空圆柱体；2)放入隔膜袋并在其中加入电解液；3)在隔膜袋中放入金属锌粉和/或氧化锌粉末和/或其它负极活性物质，制成蓄电池，其中所述金属锌粉和/或氧化锌粉末中至少有一种带有微孔涂层，并且所述微孔涂层能使电子穿过而不能使锌化合物透过。由于本专利技术的这种负极是使用涂覆有微孔涂层的锌化合物颗粒制成的，因此，制成的负极中的锌活性化合物层具有一定的挠性。即使所述活性化合物层具有较厚的厚度，在用卷绕机将这种负极与正极和隔膜一起卷绕成筒状蓄电池时，所述锌活性物质颗粒上的涂层也不会由于卷曲应力而发生龟裂，从而不会露出内部锌化合物。由此可见，用这种方法制得的负极可具有很厚的负极活性物质涂层厚度，从而使制得的蓄电池具有很高的比能量。另外，由于本专利技术锌化合物表面不会产生锌枝晶，从而避免了隔膜被刺穿的危险。与现有的锌化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电池，它包括正极、电解液、隔膜和含有一种或多种作为负极活性物质的锌化合物颗粒的负极，其特征在于所述一种或多种锌化合物颗粒中至少有一种的颗粒上涂覆有一层涂层，所述涂层带有许多能使电子通过而不使锌元素穿过的直通微孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建平，曾令远，孙约翰，戚世孝，
申请(专利权)人：和能控股有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]