锌负极及其制备方法以及使用该锌负极的锌二次电池技术

一种锌负极，该锌负极包括集流体以及附着于集流体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极粘合剂，其中，所述负极活性物质为表面包覆有疏水硅树脂的含锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单质中的一种或几种；所述负极粘合剂为亲水性粘合剂。采用本发明专利技术提供的锌负极制得的二次锌镍电池内阻较低，在进行大电流放电时，放电平台高，能够很好的满足需要高放电平台产品的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种碱性二次电池的负极及其制备方法以及使用该负极的碱性二次电池，尤其是关于一种锌负极及其制备方法以及使用该锌负极的锌二次电池。
技术介绍
锌二次电池通常包括极芯和碱性电解液，所述极芯包括正极、锌负极和位于正极 和锌负极之间的隔膜。选择不同的正极可以组成各种锌二次电池，例如锌银电池、锌镍电 池、锌空气电池、锌锰电池等。其中，锌镍电池性能优良，使用较为广泛。 二次锌镍电池的负极活性物质为锌粉或锌合金粉或含有锌元素的各种化合物。充 电状态时锌以金属态存在而在放电状态时锌以氧化态存在于电极中。放电过程中负极中的 金属锌与碱性电解液反应生成氧化态锌。相反，充电过程中负极发生的反应是氧化态锌还 原为金属锌。另外还有副反应发生，即金属锌与氧气反应生成氧化锌。 在锌镍二次电池充电末期或者大电流充电过程中，会由正极(镍电极)产生氧气， 如果产生的氧气不能顺利地被负极(锌电极)吸收，将导致密封的电池内部气压逐渐升高。 对于有安全阀的小型密封电池而言，不会因此而出现电池爆炸事故。但是，当电池内部气压 超过安全阀的开启压力时，安全阀开启，泄出内部的气体，一些碱性电解液也会随气体一起 冲出，这些电解液，严重腐蚀用电器具的电路板，损坏电器。另外，由于电解液的损失，电池 的放电容量也会发生衰减。 因此，锌电极内部通常设计成既能贮存放电所需时的电解液，又保留有一些三相 界面以使充电过程中产生的氧气顺利被吸收。为了使负极能贮存电解液，电极中一般会含 有一种或几种亲水粘合剂如CMC、 HPMC等，同时也使用憎水透气的粘合剂例如聚四氟乙烯 (PTFE)悬乳液。PTFE既可以粘接电极活性物质，又使成型的电极内部产生疏水通道。这些 通道可提供气液固三相界面，氧气可以顺通道进入电极内部，在气液固三相界面消耗掉。但 是，采用该锌负极制备得到的镍锌电池在进行大电流放电时放电平台较低，不能满足需要 高放电平台产品的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服由现有技术的锌负极制得的镍锌电池在进行大电流放电时放电平台较低，不能满足需要高放电平台产品要求的缺陷，提供一种在进行大电流放电时具有较高放电平台的锌负极及其制备方法和使用该锌负极的二次电池。 在制备锌负极时，PTFE既可以粘接电极活性物质，又使成型的电极内部产生疏水通道，因此通常会使用聚四氟乙烯，但是，一方面聚四氟乙烯会增加电池的内阻，而内阻会使工作电压下降，在大电流放电过程中，内阻越大，电池的放电平台越低；另一方面，在传统的拉浆法制作电极过程中必须最后加入聚四氟乙烯悬浮液进行搅拌，而不能与亲水粘合剂的水溶液共同搅拌，否则电极浆料会产生大量泡沫，无法在随后的拉浆过程中将浆料涂布到导电基体上。这导致电极浆料的搅拌要分成两步，先将各种活性物质与亲水粘合剂的水溶液搅拌，然后加入聚四氟乙烯悬乳液进行第二次短时间的搅拌，因而增加了操作的难度 和操作时间。 本专利技术提供了一种锌负极，该锌负极包括集流体以及附着于集流体上的负极材 料，所述负极材料包括负极活性物质和负极粘合剂，其中，所述负极活性物质为表面包覆有 疏水硅树脂的含锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单质中的一种 或几种；所述负极粘合剂为亲水性粘合剂。 本专利技术还提供了一种锌负极的制备方法，该方法包括将含负极活性物质、负极粘 合剂和溶剂的负极浆料涂覆到集流体上，干燥，压延或不压延，其中，所述负极活性物质为 表面包覆有疏水硅树脂的含锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单 质中的一种或几种；所述负极粘合剂为亲水性粘合剂。 本专利技术还提供了一种锌二次电池，该电池包括极芯和碱性电解液，所述极芯包括 正极、锌负极和位于正极和锌负极之间的隔膜，其中，所述锌负极为本专利技术提供的锌负极。 本专利技术提供的锌负极的负极活性物质为表面包覆有疏水透气的疏水硅树脂的含 锌物质颗粒，所述疏水硅树脂使含锌物质颗粒产生了疏水性能。疏水的含锌物质颗粒使锌 负极的制备更加简易，无需加入疏水粘合剂，即避免了 PTFE的使用，此外，负极浆料的搅拌 可一次完成，制成锌电极并进而制成二次锌镍电池后，电池内阻明显降低，在进行大电流放 电时，放电平台提高，能够很好的满足需要高放电平台产品的需要。具体实施例方式本专利技术提供的锌负极包括集流体以及附着于集流体上的负极材料，所述负极材料 包括负极活性物质和负极粘合剂，其中，所述负极活性物质为表面包覆有疏水硅树脂的含 锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单质中的一种或几种；所述负极 粘合剂为亲水性粘合剂。 按照本专利技术，以负极活性物质的总量为基准，疏水硅树脂的含量可以为0. 1-10重 量％，含锌物质颗粒的含量可以为90-99. 9重量％ ;优选情况下，以负极活性物质的总量为 基准，疏水硅树脂的含量为0. 1-3. 5重量％，含锌物质颗粒的含量为96. 5-99. 9重量％。 按照本专利技术，所述含锌物质颗粒的直径可以根据需要选择，一般情况下，所述含锌 物质颗粒的直径为50微米以下，优选为1-30微米。 所述疏水硅树脂可以为任何常规的疏水性疏水硅树脂材料，优选为在40-7(TC下， 将烷氧基硅烷与酸或碱接触得到的产物。所述烷氧基硅烷的通式为R、Si(0R2)4—n，其中，R1 为氢、C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、C6-C18的芳基或C6-C18的取代芳基，R2为氢、 Cl-C8的酰基、C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、C6-C18的芳基或C6-C18的取代芳基， 且R1和R2不同时为氢，n二0-3，所述取代烷基和取代芳基优选为卤素取代基，更优选为氟、氯和溴代烷基和芳基。例如，所述烷氧基硅烷可以为甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、丙基 三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷和十二烷 基三甲氧基硅烷中的一种或几种。 按照本专利技术，所述含锌物质颗粒可以是常规的用于锌二次电池的各种含锌物质颗 粒。例如可以选自锌单质、锌化合物和锌合金中的一种或几种，所述锌化合物包括氧化锌、 氢氧化锌等；所述锌合金可以是含铋、钙、铝和铟中的一种或几种的锌合金等。 所述负极粘结剂可以是常规使用的各种亲水性负极粘结剂，例如，所述亲水性粘 合剂可以选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和聚丙烯酸钠中一 种或几种。所述负极粘结剂的用量为本领域技术人员所公知，以负极活性物质的重量为基 准，所述负极粘合剂的含量可以是0. 01-5重量％，优选为0. 01-3重量％。 优选情况下，所述负极材料还可以包括导电剂。所述导电剂为常规使用的各种 导电剂。所述导电剂可以选自乙炔黑、石墨、炭黑、铜粉和锡粉等中的一种或几种。 一般 情况下，以负极活性物质的重量为基准，所述导电剂的含量可以为O. 1_15重量％，优选为 0. 5-10重量％。 为了防止锌负极形变，优选情况下，所述负极材料中还可以含有氢氧化钙，以负极 活性物质的总量为基准，所述氢氧化钙的含量可以为O. 1_10重量％，优选为0. 1-3重量％。 所述的负极材料中还可以含有金属氧化物添加剂，所述的金属氧化物添加剂可以 是氧化镉、氧化铋、氧化铟、氧化铅和二氧化锡中的至少一种。以负极活性物质的总量为基 准，所述金属氧化物添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌负极，该锌负极包括集流体以及附着于集流体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极粘合剂，其特征在于，所述负极活性物质为表面包覆有疏水硅树脂的含锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单质中的一种或几种；所述负极粘合剂为亲水性粘合剂。

【技术特征摘要】
一种锌负极，该锌负极包括集流体以及附着于集流体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极粘合剂，其特征在于，所述负极活性物质为表面包覆有疏水硅树脂的含锌物质颗粒，所述含锌物质颗粒选自锌化合物、锌合金和锌单质中的一种或几种；所述负极粘合剂为亲水性粘合剂。2. 根据权利要求1所述的锌负极，其中，以负极活性物质的总量为基准，疏水硅树脂的含量为0. 1-10重量％，含锌物质颗粒的含量为90-99. 9重量％ ;以负极活性物质的重量为基准，负极粘合剂的含量为0.01-5重量％ ;所述亲水性粘合剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和聚丙烯酸钠中一种或几种。3. 根据权利要求1或2所述的锌负极，其中，所述含锌物质颗粒的直径为50微米以下。4. 根据权利要求l或2所述的锌负极，其中，所述疏水硅树脂的制备方法包括在40-70 °C下，将烷氧基硅烷与酸或碱接触。5. 根据权利要求4所述的锌负极，其中，所述烷氧基硅烷的通式为R、Si(0R2)4—n， W为氢、C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、C6-C18的芳基或C6-C18的取代芳基，R2为氢、C1-C8的酰基、C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、C6-C18的芳基或C6-C18的取代芳基，且R1和R2不同时为氢，n = 0-3。6. 根据权利要求4所述的锌负极，其中，所述酸为浓度为0.01-0. l摩/升的盐酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和硫酸溶液中的一种或几种；所述碱为浓度为0. 01-0. 1摩/升的氢氧化钠溶液、乙醇胺溶液和氢氧化钾溶液中的一种或几种；接触的时间为0. 5-5小时；所述酸或碱的摩尔数与烷氧基硅烷中烷氧基的摩尔数的比为1 : 20-500。7. 权利要求1所述的锌负极的制备方法，该方法包括将含负极活性物质、负极粘合剂和溶剂的负极浆料涂覆到集流体上，干燥，压延或不压延，其特征在于，所述负极活性物质为表面包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志坚，韩鹏飞，肖鑫，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]