一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于镍锌碱性电池制备技术领域，公开了一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法及其应用，该方法将负极活性材料、导电剂与粘结剂混合均匀，滴加N

【技术实现步骤摘要】
一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及镍锌碱性电池制备
，特别涉及一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前，商业化应用规模较大的二次电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等。但是，他们都存在一定的局限性。例如，铅酸电池的低能量密度与环境有害特性使其面临淘汰；较低的工作电压和功率密度，以及有限的使用寿命制约了镍氢电池的推广应用；锂电池则受限于易燃且高粘度的有机电解液、高昂的制造成本和有限的锂、钴资源等，在规模化应用中存在较大的安全隐患，且快充快放能力差，成本居高不下。在构建绿色和谐社会，实现碳中和目标的时代背景下，急需一种绿色、环保、安全，同时具有高储能特性的电池。在已知的众多电池体系中，碱性镍锌电池作为绿色环保的水系电池，是最可能满足上述要求的一类电池，其具有功率高、电极材料资源丰富、安全性能优异等优点，被认为是锂电池、铅酸电池和镍氢电池的有力竞争者与替代者。
[0003]尽管碱性镍锌电池有诸多优势，且从其提出至今已有两百多年的历史，但其推广应用一直很缓慢，目前可商用的电池非常有限，且性能较差。造成这一现象的主要原因是电池的循环性能较差、库伦效率较低，而锌负极相关的诸多问题是其中的关键，包括电极材料的腐蚀、锌枝晶的生长和析氢反应等。并且，这些问题并不是相互独立，而是相互影响的。具体而言，枝晶的形成会导致负极表面积的增加，这会加速锌的氧化和腐蚀溶解，提高析氢速率(锌的氧化伴有氢气析出)；另外，锌氧化的部分产物会覆盖在材料表面形成惰性层，减少锌的反应活性，从而加剧充放电过程的析氢比例。枝晶和电极材料的腐蚀溶解是造成镍锌电池循环稳定性差的主要原因，而电极材料的自腐蚀(自放电)和析氢反应是造成其库伦效率不高的主因。
[0004]为了缓解锌负极的相关问题，已经提出了各种策略，例如添加剂的使用，表面改性和材料结构优化。添加剂与负极材料的物理混合是改变材料性能的最简单方法。其中，金属氧化物添加剂Ca(OH)2的研究最多。锌酸钙的形成会降低锌酸盐在电解液中的溶解度，减少锌负极的溶解。但是，锌酸钙的形成和分解缓慢，导致电池的高倍率充放电性能较差。此外，还有一些关于使用碳进行相关涂层改性的研究报告，例如氧化石墨(GO)和TiN
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O
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涂层(Yan Y,Zhang Y,Wu Y,Wang Z,Mathur A,Yang H,et al.A Lasagna
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Inspired Nanoscale ZnO Anode Design for High
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EnergyRechargeable Aqueous Batteries.ACS Applied Energy Materials.2018；1:6345
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51.)。然而，这些系统的库伦效率和耐用性对于实际应用来说远非令人满意。要平衡基于ZnO的阳极的放电电压、耐久性、可逆容量和功率密度，还有很长的路要走，有必要找到一种更全面的解决方案来平衡阳极的放电电压、耐久性、可逆容量和功率密度。因此，本专利技术主要针对锌负极的上述问题，提出一种两层保护法解决锌枝晶和自溶解的有效解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的是提供一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法，有效解决锌负极存在的各类问题。
[0006]本专利技术的又一目的是提供一种镍锌碱性电池负极极片。
[0007]本专利技术的再一目的是提供上述负极极片的应用，将其用于碱性镍锌电池的组装，使高效、稳定镍锌电池具备产业化应用的基础。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0010]A1：负极材料制备：将负极活性材料、导电剂与粘结剂按比例混合均匀，滴加溶剂搅拌10～15h后得到均匀的浆液；
[0011]A2：负极材料滴加：将浆液滴加和/或涂敷在集流体上，经干燥得到极片；
[0012]A3：负极极片制备：将A2中的极片放入浸泡液中1～5min，干燥后制得负极极片；
[0013]步骤A1所述负极活性材料为包碳氧化锌，步骤A3所述浸泡液浓度为0.05～0.1g/mL。
[0014]优选地，步骤A1所述负极活性材料、导电剂与粘结剂重量份数比为(70
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90)：(5
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20)：(5
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20)，所述溶剂质量与负极活性材料、导电剂、粘结剂三者总质量的比为(10～15)：1；步骤A3所述浸泡液为聚乙烯醇溶液，浸泡液浓度为0.0875g/mL。
[0015]优选地，步骤A1所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或两种以上，所述溶剂为水溶性的水或乙醇，或非水溶性的N
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甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺；步骤A2所述集流体为碳布或石墨纸或铜网，所述干燥条件为80～100℃干燥12
±
6h；步骤A3所述聚乙烯醇型号为1799型或1797型，所述干燥为常温干燥。
[0016]优选地，所述包碳氧化锌的制备方法包括以下步骤：
[0017](1)将锌盐与草酸混合，研磨30～60分钟，得到草酸锌；
[0018](2)将步骤(1)的草酸锌以3～5℃/min的速率升温至300～450℃，保温30～60min，冷却至室温得到氧化锌；
[0019](3)取步骤(2)的氧化锌与碳源在氮气气氛保护下以2℃/min的速度升温到500～800℃保温2～5h，冷却至室温后取出，得到包碳氧化锌。
[0020]优选地，步骤(1)所述锌盐为醋酸锌或碳酸锌，锌盐与草酸的质量比为(2～4):1，步骤(3)所述碳源为固态有机物，氧化锌与碳源的质量比为1:(3～6)。
[0021]优选地，所述固态有机物为酚类有机物、酯类有机物、苯类有机物中的一种或两种以上。
[0022]优选地，所述固态有机物为萘酚、二氯苯、乙酸甘油单酯的一种或两种以上。
[0023]一种镍锌碱性电池的负极极片，由上述的方法制备得到。
[0024]上述负极极片在制备镍锌碱性电池中的应用。
[0025]优选地，制备镍锌碱性电池包括以下步骤：
[0026]将锌负极极片、镍正极极片与隔膜组合成极组，放入软包电池中，向电池软包内注入电解液，封口，制得镍锌电池；
[0027]所述隔膜为玻璃纤维隔膜，所述电解液中电解质为氢氧化钾，溶剂为蒸馏水或膜
过滤纯水，并加入饱和的氧化锌，电解液浓度为6.0～7.0mol/L，电解液体积为200～400μL。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0029](1)本专利技术采用锌盐和草酸为原料，制得纳米颗粒氧化锌，再以有机碳源，通过气相沉积法包覆一层石墨化程度较高的碳壳层。石墨化程度较高的碳具有高的电导率，因而所得粉末材料为黑色；另一方面，纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍锌碱性电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A1：负极材料制备：将负极活性材料、导电剂与粘结剂按比例混合均匀，滴加溶剂搅拌10～15h后得到均匀的浆液；A2：负极材料滴加：将浆液滴加和/或涂敷在集流体上，经干燥得到极片；A3：负极极片制备：将A2中的极片放入浸泡液中1～5min，干燥后制得负极极片；步骤A1所述负极活性材料为包碳氧化锌，步骤A3所述浸泡液浓度为0.05～0.1g/mL。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A1所述负极活性材料、导电剂与粘结剂重量份数比为(70
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90)：(5
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20)，所述溶剂质量与负极活性材料、导电剂、粘结剂三者总质量的比为(10～15)：1；步骤A3所述浸泡液为聚乙烯醇溶液，浸泡液浓度为0.0875g/mL。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A1所述导电剂为乙炔黑，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种或两种以上，所述溶剂为水溶性的水或乙醇，或非水溶性的N
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甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺；步骤A2所述集流体为碳布或石墨纸或铜网，所述干燥条件为80～100℃干燥12
±
6h；步骤A3所述聚乙烯醇为1799型或1797型，所述干燥为常温干燥。4.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：程爽，李露平，邓力瑜，刘玉秀，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：