[發(fā)明專利]一種鋅離子電池用多孔燒結(jié)鋅負(fù)極的制備方法及多孔鋅負(fù)極

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010623517.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111710837A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯騰騰;馮楠;侯紹瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州中億興新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/26
• 分類號(hào): H01M4/26;H01M4/28;H01M4/24;H01M10/24;H01M10/30;H01M10/32
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本發(fā)明提供了一種鋅離子電池用多孔燒結(jié)鋅負(fù)極的制備方法及多孔鋅負(fù)極，本發(fā)明優(yōu)化了活性物質(zhì)配方，以及多孔鋅負(fù)極的制備工藝，將涂布工藝與燒結(jié)工藝結(jié)合，通過(guò)篩選配方比例和工藝參數(shù)，獲得的多孔鋅負(fù)極形貌規(guī)則，孔隙率適中，克服了傳統(tǒng)涂布式容易掉粉的缺點(diǎn)，也使燒結(jié)工藝確定了最佳的配方比例和工藝參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋅體系蓄電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋅離子電池用多孔燒結(jié)鋅負(fù)極的制備方法及多孔鋅負(fù)極。

背景技術(shù)

目前以鋅作為負(fù)極活性物質(zhì)的鋅系蓄電池有堿性鋅銀蓄電池、堿性鋅鎳蓄電池、堿性鋅錳蓄電池。其中都存在鋅電極的可逆性的問(wèn)題、枝晶的問(wèn)題和自腐蝕的問(wèn)題。鋅電極基底起著集流體和導(dǎo)電骨架的作用,基底的選擇既要有利于活性物質(zhì)的高密度填充,又要使活性物質(zhì)不容易脫落,還要有良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。鋅電極的基底除了容納活性物質(zhì)以外,還必須有一定的自由空間來(lái)承受電極的膨脹。目前常見的鋅電極體系有壓成式鋅電極、涂布鋅電極鋅電極技術(shù)。

涂布式鋅電極又稱化成式、放電式鋅負(fù)極，它采用放電態(tài)活性物質(zhì)氧化鋅作為主要活性成分，配以導(dǎo)電劑、添加劑、粘合劑構(gòu)成鋅負(fù)極活性物質(zhì)。涂布式將充分混合后的負(fù)極活性物質(zhì)和成粘度較小的漿狀物，將連續(xù)滾動(dòng)的集流體彎曲通過(guò)漿料槽浸覆漿狀物后經(jīng)狹縫寬度固定拉槳，經(jīng)干燥、復(fù)壓、裁切成所需尺寸的極板。

壓成式鋅負(fù)極與涂布式鋅負(fù)極不同，該工藝采用電化學(xué)活性較高的電沉積鋅粉作為活性物質(zhì)。干壓是將苛性堿電解液中電沉積的金屬鋅粉經(jīng)水洗、乙醇脫水、真空干燥、篩分分級(jí)后再干壓于集流體上。涂膏式及壓成式蓄電池用鋅負(fù)極均有一個(gè)共同的缺陷，就是在充電態(tài)下電極極板的機(jī)械強(qiáng)度較低，在放電后期由于鋅負(fù)極上大部分金屬鋅已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸\，極板中未反應(yīng)的金屬鋅粉因鋅粉表面被氧化鋅包裹，使金屬鋅粉之間及鋅粉與集流體之間的電子導(dǎo)電性快速變差，尤其是在大電流條件會(huì)導(dǎo)致電池升溫過(guò)快，電池性能急劇下降。

鋅系列蓄電池所采用的電解液都是高濃度苛性堿，其鋅負(fù)極的充放電機(jī)理相同:Zn+4OH^-——Zn(OH)₄^2-＝ZnO+H₂O+2OH^-。目前堿性蓄電池鋅負(fù)極存在鋅負(fù)極的鈍化、鋅負(fù)極的自放電、鋅負(fù)極的變形、鋅負(fù)極的遷移、和鋅負(fù)極鋅枝晶等眾多問(wèn)題。由于鋅電極多采用片狀鋅負(fù)極，經(jīng)熱熔與冷軋?zhí)幚砗箐\晶體顆粒細(xì)化結(jié)構(gòu)致密，與電解液接觸面積小，增加了鋅負(fù)極的鈍化趨勢(shì)。另外，鋅由于屬于較活潑金屬，在堿性電解液中存在腐蝕和自溶現(xiàn)象。導(dǎo)致鋅負(fù)極的析氫腐蝕。第三，鋅電極經(jīng)過(guò)一定的充放電循環(huán)以后，電極往往發(fā)生形變，活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中在電極表重新分布，由于邊緣效應(yīng)和重力作用，鋅電極在電極的底部和中間逐漸增厚，頂部和邊緣活性物質(zhì)逐漸消失。主要由于鋅電極的放電產(chǎn)物Zn(OH)2在堿性電解液中的溶解度較大，充電時(shí)溶解在電解液中的氧化鋅不會(huì)沉積到初始溶出位置，若干次循環(huán)后導(dǎo)致累計(jì)效應(yīng)使電極出現(xiàn)變形。還有影響鋅電極性能的重要一點(diǎn)是鋅枝晶問(wèn)題，由于鋅負(fù)極表面物理的、化學(xué)的不均勻性，引起鋅負(fù)極表面電流、電網(wǎng)分布的差異，造成充電過(guò)程中鋅負(fù)極表面所沉積鋅量的不均勻性，并且尖端放電和離子電遷移沿最短路徑兩種效應(yīng)的疊加，使得這種不均勻性持續(xù)惡化的過(guò)程，直至形成樹枝狀鋅枝晶，不斷增長(zhǎng)的鋅枝晶會(huì)刺穿電池隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短路使電池失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種鋅離子電池用多孔燒結(jié)鋅負(fù)極的制備方法，解決了傳統(tǒng)涂布式和壓成式鋅電極電極極板的機(jī)械強(qiáng)度較低，充放電過(guò)程中容易掉粉的缺點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明所述鋅負(fù)極比表面積大，不容易出現(xiàn)負(fù)極鈍化和變形，鋅枝晶的問(wèn)題也大大改善。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種鋅離子電池用多孔燒結(jié)鋅負(fù)極制備方法，包括如下步驟：

(1)制漿：將鋅粉、增稠劑、造孔劑、水、添加劑分按一定比例分散均勻，得到負(fù)極活性材料；

(2)涂布干燥：在負(fù)極基體材料表面拉槳涂布負(fù)極活性材料，然后進(jìn)行烘干；