CN100492724C - 一种刮浆制备锌电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刮浆制备锌电极的方法，本发明属于锌电池用锌电极制备技术领域。刮浆制备锌电极是将锌活性物质、添加剂与粘结剂的水溶液混合均匀，调成浆状，然后将导电骨架通过浆槽，使其两面粘上浆，再经过具有一定间隙的刮刀，制备出锌电极带，再将锌电极带进行烘干、辊压、裁剪到合适尺寸的锌电极片，本发明的刮浆制备锌电极具有活性物质和添加剂分布均匀、放电电压高、电极利用率高等优点；其制备工艺具有操作简便，易于实现机械化和自动化，提高质量一致性水平及电池生产效率，对生产环境污染小等优点。

Description

一种刮浆制备锌电极的方法

技术领域

本发明属于锌电池用锌电极制备技术领域，特别是涉及一种刮浆制备锌电极的方法。

背景技术

目前，制作锌电池用锌电极的主要方法包括：粉末压成法、涂膏法及电沉积法。粉末压成法制备锌电极主要过程包括：将含有粘结剂的锌活性物质直接压于导电骨架上，模压成型，该方法制备的电极厚度较厚，并且不均匀、强度差，电极在充放电过程中极化较大、变形严重，进而导致电池后期性能下降迅速，缩短电池寿命，并且不能连续化生产以及容易污染环境等不足；涂膏法制备锌电极主要过程包括：将活性物质中加入适量的粘结剂，调成膏状，涂于导电骨架上，模压成型，该方法制备的锌电极，活性物质循环性能较好，但不能实现连续化生产，质量一致性水平较低；电沉积式制备锌电极，需要消耗大量电能，一般只限于高速率放电的一次贮备电池。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种操作简单、可连续化生产、制成的电极分布均匀性好、厚度薄，从而改善大电流密度放电性能的刮浆制备锌电极的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题采用的技术方案是：

刮浆制备锌电极的方法，包括以下过程：

(1)按比例制备锌浆：

先按质量百分比为0.1％～5％将粘结剂加入到热水中，搅拌至溶解并成透明状粘结剂水溶液，冷却至室温；再按固体含量为锌活性物质质量百分比0.2％～2％称取粘结剂水溶液，将粘结剂水溶液和蒸馏水混合搅拌均匀后，加入含有添加剂的锌活性物质混合搅拌成锌浆；

其中：粘结剂为甲基纤维素MC、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚乙烯醇PVA、聚环氧乙烷PEO、聚四氟乙烯PTFE及丁苯橡胶SBR的一种或几种混合成的耐碱性粘结剂；

锌活性物质为含质量百分比0.5％～3％添加剂的锌粉或氧化锌粉或锌粉与氧化锌粉的混合物；

其中：添加剂为铍、镁、钙、锶、钡、铝、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铬、锆、镉、汞、钇、镧系元素，及其氧化物或其氢氧化物中的一种或几种混合物；

(2)将混合成的锌浆置于电极刮浆用装置的浆槽中，导电骨架自下至上穿过浆槽，使导电骨架两面粘上浆料，再穿过浆槽上面两刮具的间隙，刮掉多余的浆料，制备出连续电极带；

(3)将连续电极带烘干、辊压后裁剪成所需尺寸的锌电极片，然后将导耳处清洗干净，再进行点焊或辊焊导耳，得到锌电极。

本发明还可以采取如下技术措施来实现：

刮浆制备锌电极的方法，将所述(1)中粘结剂水溶液加入淀粉溶液，搅拌均匀，然后再将含有添加剂的锌活性物质混合成锌浆；

其中：淀粉溶液的配制方法是按1％～2％的质量百分比称取淀粉，将其慢慢加入到100℃的热水中，搅拌2min后，冷却至室温。

刮浆制备锌电极的方法，所述淀粉溶液固体质量百分含量为锌活性物质的0.1％～1％。

刮浆制备锌电极的方法，所述导电骨架为金属拉网、金属编织网、冲孔金属网或泡沫金属网之一种。

刮浆制备锌电极的方法，所述(3)中导耳处清洗设备为干粉清洗机。

刮浆制备锌电极的方法，所述导电骨架上的金属为银、铜、镍、带镀层的铜或带镀层的镍，所述镀层材料为锌、铅、银、锡中一种。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用了刮浆制备锌电极的方法，实现电极薄、均匀性好，强度好，具有良好的大电流密度放电性能，从而提高了电池的比功率和比能量。同时刮浆方法可以连续进行，操作简单、能节省大量的人力物力，提高电极的质量一致性水平及电池生产效率，同时对生产环境污染小，解决了目前传统方法不能实现电极自动化连续生产的问题。

附图说明

图1为本发明刮浆制备锌电极的装置示意图，

图2为本发明刮浆制备锌电极的锌电极剖视图，

图3为本发明刮浆制备锌电极的均匀性测试分布图；

图4为本发明刮浆制备锌电极与压成式锌电极均匀一致性比较图；

图5为本发明刮浆制备锌电极在166mA/cm²电流密度下的放电曲线。

图中的标号分别为：1-浆槽；2-刮刀；3-导电骨架；4-锌活性物质。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参照附图1-5：

实施例1：

2％ HPMC溶液的配制：

称取2gHPMC粉，将其慢慢加入到98g 80℃左右的蒸馏水中，不断搅拌，直至溶解成透明状，冷却至室温。

锌浆的合成：

采用锌粉或氧化锌为锌电极活性物质，分别称取2％ HPMC溶液50g和蒸馏水60g，混合搅拌均匀后，将100g锌活性物质慢慢加入，并不断搅拌直至均匀。

刮浆制备锌电极：

将制备好的锌浆装入附图1所示制备锌电极刮浆装置的浆槽1中、浆槽1上面设置有一对可调节间隙的刮刀2，将导电骨架3自上而下从浆槽中穿过。根据电极厚度调整刮刀间距，然后使粘有锌浆的导电骨架3从带有间隙的两个刮刀2中间慢慢通过，将多余的锌浆刮掉，即制备出均匀一致的锌电极带。将拉出的锌电极带经干燥、辊压、裁剪制成所需厚度和尺寸的锌电极，最后采用干粉清洗机将导耳处清洗干净，再进行点焊或辊焊导耳，得到刮浆制备的锌电极。

实施例2

2％ HPMC溶液的配制：

2％ HPMC溶液的配制同实施例1。

1％淀粉溶液的配制：

按1％的质量百分比称取1g淀粉，将其慢慢加入到99g 100℃的热水中，搅拌2min后，自然冷却至室温。

锌浆的合成：

采用锌粉或氧化锌为锌电极活性物质，分别称取30g 2％ HPMC溶液、30g 1％淀粉溶液和30g的蒸馏水，混合搅拌均匀后，将100g锌活性物质慢慢加入，并不断搅拌，直至均匀。

刮浆制备的锌电极：

参照附图1、图2。

刮浆制备锌电极的制作过程同实施例1，导电骨架为拉伸银网，电极尺寸为69mm×170mm。

刮浆试验结果：

如图2所示，采用该配方合成的锌浆，可以制备出均匀的刮浆式锌电极，锌活性物质4均匀分布在导电骨架1两侧。同时结果还表明锌浆的粘附性和流动性较实施例1中的好。

对比例

6％ PVA溶液的配制：

称取6g PVA粉，然后慢慢加入到94g 80℃左右的热水中，不断搅拌，直至溶解。

压成式锌电极的制备：

称取10g 6％ PVA溶液，并将其加入到100g锌活性物质4中进行合粉，然后直接铺粉于拉伸银网上，模压成型。

实施例3

锌银电池的制备：

将实施例2制作的锌电极作为负极，相同尺寸的银电极作为正极，隔膜采用水化纤维素膜，电解液采用质量百分比浓度为40％的KOH溶液，制作成锌银电池。

刮浆式锌电极均匀性测试：

分别在实施例2和对比例制作的锌电极上，按图3所示的位置选取五点，裁成10mm×10mm的小片，并进行称重，得到m₁、m₂、......m₅。按如下公式(1)计算各点的质量偏差百分数，然后根据各点的质量偏差百分数来评价电极的均匀性。

$w_p=\left(\frac{m_n-\stackrel{\‾}{m}}{m}\right)\×100\%(n=\mathrm{1,2}\·\·\·5)---\left(1\right)$

式中：w_p为质量偏差百分数；m为五点切片的平均质量；n为图2所示的五点切片的代号。

测试结果与对比例中的压成式锌电极测试结果如图4所示。从图中可以看出，压成式锌电极1的最大偏差为8.8％，最高点与最低点相差达17.4％；而刮浆式锌电极2的最大偏差仅为1.2％，最高点与最低点相差2.2％。这表明，刮浆式锌电极2与压成式锌电极1相比，其均匀性明显提高。提高电极均匀性，可以降低电极的极化，提高活性物质的利用率和电池的放电电压，因此，采用刮浆方法有望制备出性能更优越的锌电极，大大提高锌电池的综合性能。

刮浆式锌电极电性能测试：

将实施例2中制备的刮浆制备锌电极与辅助银电极组装成的锌银电池，按1.1mA/cm²，转4mA/cm²，转1.1mA/cm²的充电制度进行充电至2.15V，然后以166mA/cm²的电流密度放电6min。放电曲线如附图5所示。从附图5中可以看出，刮浆式锌电极具有良好的大电流密度放电性能。

虽然本发明刮浆制锌电极的方法是用上述的实施例和附图加以说明的，但是本发明并不限于实施例和附图，刮浆制锌电极的方法可用于锌锰、锌银、锌镍、锌-空气等任何锌电池制备。

Claims (6)

1、一种刮浆制备锌电极的方法，其特征在于包括以下过程：

(1)按比例制备锌浆：

先按质量百分比为0.1％～5％将粘结剂加入到热水中，搅拌至溶解并成透明状粘结剂水溶液，冷却至室温；再按固体含量为锌活性物质质量百分比0.2％～2％称取粘结剂水溶液，将粘结剂水溶液和蒸馏水混合搅拌均匀后，加入含有添加剂的锌活性物质混合搅拌成锌浆；

其中：粘结剂为甲基纤维素MC、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚乙烯醇PVA、聚环氧乙烷PEO、聚四氟乙烯PTFE及丁苯橡胶SBR的一种或几种混合成的耐碱性粘结剂；

锌活性物质为含质量百分比0.5％～3％添加剂的锌粉或氧化锌粉或锌粉与氧化锌粉的混合物；

其中：添加剂为铍、镁、钙、锶、钡、铝、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铬、锆、镉、汞、钇、镧系元素，及其氧化物或其氢氧化物中的一种或几种混合物；

(2)将混合成的锌浆置于电极刮浆用装置的浆槽中，导电骨架自下至上穿过浆槽，使导电骨架两面粘上浆料，再穿过浆槽上面两刮具的间隙，刮掉多余的浆料，制备出连续电极带；

(3)将连续电极带烘干、辊压后裁剪成所需尺寸的锌电极片，然后将导耳处清洗干净，再进行点焊或辊焊导耳，得到锌电极。

2、根据权利要求1所述的刮浆制备锌电极的方法，其特征在于：将所述(1)中粘结剂水溶液加入淀粉溶液，搅拌均匀，然后再将含有添加剂的锌活性物质混合成锌浆；

其中：淀粉溶液的配制方法是按1％～2％的质量百分比称取淀粉，将其慢慢加入到100℃的热水中，搅拌2min后，冷却至室温。

3、根据权利要求2所述的刮浆制备锌电极的方法，其特征在于：所述淀粉溶液固体质量百分含量为锌活性物质的0.1％～1％。

4、根据权利要求1所述的刮浆制备锌电极的方法，其特征在于：所述导电骨架为金属拉网、金属编织网、冲孔金属网或泡沫金属网之一种。

5、根据权利要求1所述的刮浆制备锌电极的方法，其特征在于：所述(3)中导耳处清洗设备为干粉清洗机。

6、根据权利要求4所述的刮浆制备锌电极的方法，其特征在于：所述导电骨架上的金属为银、铜、镍、带镀层的铜或带镀层的镍，所述镀层材料为锌、铅、银、锡中一种。

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