[發(fā)明專利]一種碳基鋅材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410765378.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN105742643A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫公權(quán);燕召;王二東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M4/38
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種碳基鋅材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

由于金屬鋅資源豐富、價(jià)格低廉，很多電池體系均以鋅為電極，如鋅/空氣電池、鋅/鎳電池、鋅/銀電池等。然而，電池在使用時(shí)會(huì)經(jīng)歷一些大電流脈沖過程，如充電時(shí)浪涌等。由于脈沖電流值一般超出了電池的額定電流，對(duì)于鋅電極來說，這樣的大電流脈沖容易使鋅電極產(chǎn)生不可逆的鈍化，影響了電極的性能與壽命。超級(jí)電容器具有功率密度高的特點(diǎn)，其短時(shí)間大電流放電能力強(qiáng)，因此若將電池與超級(jí)電容器并聯(lián)使用，在大電流脈沖時(shí)由超級(jí)電容器提供一部分放電能力，將大大改善大電流脈沖對(duì)鋅電極的影響。而外部并聯(lián)超級(jí)電容器增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此將電極材料與超級(jí)電容器材料原位組合，形成電池-超級(jí)電容器原位組合電源是該體系的發(fā)展方向。碳材料具有較好的電容性能，在目前商業(yè)化的超級(jí)電容器上幾乎均采用碳材料。

發(fā)明專利CN102569832A報(bào)道了以多孔材料，如活性碳、石墨等，與粘接劑混合制備多孔層，并擔(dān)載在碳塑復(fù)合材料板上作為負(fù)極進(jìn)行電沉積，但該方法制備復(fù)雜，工藝繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出在堿性電鍍液或中性電鍍液中在碳紙、碳布、碳纖維氈或其他具有三維立體結(jié)構(gòu)的碳載體上電沉積制備碳基鋅材料。將所制得的碳基鋅材料用作鋅/空氣電池鋅陽極時(shí)，具有導(dǎo)電性好、耐腐蝕性強(qiáng)、電容性能好、脈沖充放電性能高等優(yōu)點(diǎn)。采用該方法制備碳基鋅材料具有簡便且易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種碳基鋅材料，包括作為基底的碳紙、碳布或碳纖維氈，以及負(fù)載于基底內(nèi)部和/或表面的鋅顆粒。

所述鋅顆粒是通過電化學(xué)方法負(fù)載于碳紙、碳布或碳纖維氈內(nèi)部及表面的。

所述碳基鋅材料基底表面的鋅顆粒間具有多孔結(jié)構(gòu)。

所述多孔結(jié)構(gòu)的孔徑大小為10-50μm。

所述碳基鋅材料的孔隙率為20-75％。

所述鋅顆粒尺寸為20-40μm。

一種碳基鋅材料的制備方法，以碳紙、碳布或碳纖維氈為基底電沉積鋅顆粒后清洗干燥制得。

所述電沉積過程中電鍍液為含Zn²⁺的中性水溶液或?yàn)楹琙n(OH)₄^2-的堿性水溶液。

所述堿性電鍍液中OH^-的濃度為3-10mol/L，Zn(OH)₄^2-的濃度為0.1-1mol/L；所述中性電鍍液中Zn²⁺的濃度為0.1-5mol/L。

所述電鍍液含緩蝕劑。

所述電沉積過程以碳紙、碳布或碳纖維氈為負(fù)極，鋅片為正極進(jìn)行電沉積。

所述緩蝕劑為可溶性銦、鉍、鉈、鎵、錫、鉛、鎘、鈣化合物中的一種或兩種以上，所述緩蝕劑的濃度小于0.1mol/L。

所述電沉積方式為恒電流電沉積法、恒壓電沉積法、恒電位電沉積法、脈沖電沉積法、脈沖反向電沉積法中的一種或采用上述兩種以上方式接續(xù)進(jìn)行電沉積。

電沉積過程中，所述恒電流電沉積法具體采用恒流電源或電化學(xué)工作站，在正負(fù)極間施加一個(gè)恒定的電流，電流密度50-5000mA·cm^-2；所述恒壓電沉積法具體采用恒壓電源或電化學(xué)工作站，在正負(fù)極間施加一個(gè)恒定的電壓，電壓范圍為0.2-2V；所述恒電位電沉積法具體為采用電化學(xué)工作站與一個(gè)參比電極，參比電極可采用汞/氧化汞電極、銀/氯化銀電極等，電沉積電位相對(duì)于汞/氧化汞電極為-1.45V至-2.5V；所述脈沖電沉積法具體采用脈沖電源或電化學(xué)工作站，在正負(fù)極間施加一個(gè)脈沖電流或脈沖電壓，具體范圍同恒電流電沉積與恒壓電沉積，脈沖頻率0.2-1000Hz，占空比不小于0.1；所述脈沖反向電沉積法采用脈沖電源或電化學(xué)工作站，在正負(fù)極間施加一個(gè)脈沖電流與反向溶解電流，電沉積電流密度50-5000mA·cm^-2，溶解電流密度0.1-50mA·cm^-2，脈沖頻率與占空比同脈沖電沉積法。