CN107994205A - 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法 - Google Patents

一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107994205A
CN107994205A CN201711226658.4A CN201711226658A CN107994205A CN 107994205 A CN107994205 A CN 107994205A CN 201711226658 A CN201711226658 A CN 201711226658A CN 107994205 A CN107994205 A CN 107994205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
air battery
battery anode
preparation
porous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711226658.4A
Other languages
English (en)
Inventor
汪浩
徐小龙
郝振东
李浩强
刘晶冰
严辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201711226658.4A priority Critical patent/CN107994205A/zh
Publication of CN107994205A publication Critical patent/CN107994205A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H01M12/065—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode with plate-like electrodes or stacks of plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H01M4/08—Processes of manufacture
    • H01M4/12—Processes of manufacture of consumable metal or alloy electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/244—Zinc electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H01M4/30—Pressing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种基于编织结构的多孔锌‑空气电池负极的制备方法，属于锌‑空气电池负极材料技术领域。编织结构的多孔锌‑空气电池负极：以金属锌线为原料，通过编织的方法在锌‑空气电池电极上造孔，提高其比表面积，形成多孔结构的锌‑空气电池负极。采用具有纯度较高、粗细均匀、比表面积较高的金属锌线为原料，通过简单的编织制得具有多孔结构的锌‑空气电池负极，有效提高了锌‑空气电池负极的利用率。为商业化锌‑空气电池的实际应用提供了理论依据。

Description

一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，属于锌-空气电池负极材料技术领域。
技术背景
锌-空气电池是一种以空气中的氧气作正极活性物质，金属锌作负极活性物质的电池。既可制成一次电池，也可制成二次电池，通常二次电池采用更换锌负极和电解液的方法进行机械式充电。锌-空气电池开路电压为1.4～1.5V，具有比能量大，放电电压平稳，正极活性物质空气来源无限，电池价廉等优势。但是，由于放电过程中金属锌负极表面形成的氧化锌会组织金属锌进一步的电化学反应，从而降低锌-空气电池负极的利用率，进而降低电池的容量。针对这一问题，以锌粉取代金属锌板，可以将其放电比容量提高到125mAh g-1。但是，金属锌粉用于锌-空气电池负极时需要容器盛装固定，并且容易洒落。不仅会增加电池的质量和体积，而且会造成资源浪费和环境污染。合适锌负极的选择与锌-空气电池性能的提高密切相关。
目前锌-空气电池负极主要还是用的金属锌板，要提高锌负极的利用率，必须从提高负极的孔隙度和比表面积入手，增大电解液与电极之间的接触面积，抑制放电过程中形成氧化锌对金属锌电化学反应的阻碍作用，从而提高锌-空气电池的电化学性能。
发明内容
针对目前锌-空气电池金属锌负极利用率低的问题，本发明提供一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法。本发明将商业化的金属锌线通过简单的编织形成具有多孔编织结构的锌网，可以作为锌-空气电池的负极使用。
一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法：
(1)选取金属锌线作为电极活性材料，优选商业化规格为0.3～5mm、纯度为99.99％的金属锌线；
(2)金属锌负极的编织
a、将选取的金属锌线裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为30～90°，将编织好的电极用锌箔封边；或b、将选取的金属锌线按照多条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为30～90°，将编织好的电极用锌箔封边；
或c、将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为30～50mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为80～150mm，缠绕后取出硬质圆柱，得到中空的缠绕式圆柱电极，将中空的缠绕式圆柱电极斜向用力压制成长方形板式结构，然后将电极用锌箔封边；
(3)将步骤(2)编织好的金属锌负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10～100mm、长度为5～10mm、厚度为1～3mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。
根据本发明，优选的，步骤(1)中选取商业化规格为0.3～5mm，提供丰富的比表面积。
根据本发明，优选的，步骤(2)a中所述编织方法为：单条锌线纵横交叉的方式进行编织。
根据本发明，优选的，步骤(2)b中所述编织方法为：多条锌线组合拧成锌绳然后纵横交叉的方式进行编织，优选采用2-10条锌线组合拧成锌绳。
根据本发明，优选的，步骤(2)c中所述编织方法为：单条锌线螺旋缠绕的方式进行编织。可以单方向或双向，可以单层或双层缠绕。
根据本发明，优选的，步骤(2)a和b中所述纵向与横向之间的编织角度为30～90°，进一步优化的为90°或60°。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述编织好的电极用锌箔封边。
根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的负极需要焊接极耳，进一步优化的极耳为金属锌板。
本发明步骤(3)得到的锌-空气电池负极板作为商业化锌-空气电池的负极进行应用，具体的应用方法如下：
(1)将锌-空气电池负极板用商业化电池隔膜包裹，置于带有四氧化三钴空气催化电极的块状电池壳中，倒入KOH电解液(优选6mol/L KOH)，组装成锌-空气电池；
(2)将组装的电池静置1h，用于锌-空气电池，通过横流放电(截止电压为0.8V)的比质量容量或比体积容量判断负极金属锌的利用率。
本发明方法所制备的锌-空气电池负极，在0.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为283.3mAh/g。
术语说明：编织结构的多孔锌-空气电池负极：以金属锌线为原料，通过编织的方法在锌-空气电池电极上造孔，提高其比表面积，形成多孔结构的锌-空气电池负极。
本发明的有益效果如下：
本发明采用具有纯度较高、粗细均匀、比表面积较高的金属锌线为原料，通过简单的编织制得具有多孔结构的锌-空气电池负极，有效提高了锌-空气电池负极的利用率。为商业化锌-空气电池的实际应用提供了理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的编织结构的多孔锌-空气电池负极的结构示意图。
图2为本发明实施例1中编织结构多孔锌-空气电池负极的放电性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料。
实施例1
一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：
(1)选取商业化规格为4mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。
(2)将选取的金属锌线裁剪成100mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为90°，将编织好的电极用锌箔封边，其编织结构示意图如图1所示。
(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10mm、长度为5mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。
将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/L KOH电解液，组装成锌-空气电池。在0.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为283.3mAh/g，其电化学性能如图2所示。
实施例2
一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：
(1)选取商业化规格为0.5mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。
(2)将选取的金属锌线按照4条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，纵向与横向线条之间的角度为60°，将编织好的电极用锌箔封边。
(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为30mm、长度为10mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。
将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/L KOH电解液，组装成锌-空气电池。在1A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为275.5mAh/g。
实施例3
一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，包括步骤如下：
(1)选取商业化规格为2mm，纯度为99.99％的金属锌线作为电极活性材料。
(2)将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为40mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为100mm(单层单向即弹簧式的结构)，缠绕后取出硬质圆柱，将电极压制成长方形，将编织好的电极用锌箔封边。
(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10mm、长度为6mm、厚度为2mm的极耳，即得锌-空气电池负极板。
将锌-空气电池负极置于带有四氧化三钴空气催化电极的自制块状电池壳中，倒入6mol/L KOH电解液，组装成锌-空气电池。在1.5A恒定电流密度下进行放电测试，截止电压设为0.8V，其放电比质量容量为268.2mAh/g。

Claims (9)

1.一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取金属锌线作为电极活性材料；
(2)金属锌负极的编织：
a、将选取的金属锌线裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；
或b、将选取的金属锌线按照多条组合拧成锌绳，将拧好的锌绳裁剪成80～150mm的长条，按照纵横交叉的方式进行编织，将编织好的电极用锌箔封边；
或c、将选取的金属锌线按照螺旋缠绕的方式紧密缠绕在直径为30～50mm的硬质圆柱表面，缠绕长度为80～150mm，缠绕后取出硬质圆柱，得到中空的缠绕式圆柱电极，将中空的缠绕式圆柱电极斜向用力压制成长方形板式结构，然后将电极用锌箔封边；
(3)将步骤(2)编织好的负极在对辊机中压实，并且焊接宽度为10～100mm、长度为5～10mm、厚度为1～3mm的极耳，即得锌-空气电池负极。
2.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(2)a和b中所述纵向与横向之间的编织角度为30～90°。
3.按照权利要求2所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(2)a和b中所述纵向与横向之间的编织角度为90°或60°。
4.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(1)选商业化规格为0.3～5mm、纯度为99.99％的金属锌线。
5.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(2)b中所述编织方法为：采用2-10条锌线组合拧成锌绳。
6.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(2)c中所述编织方法为：单条锌线螺旋缠绕的方式进行编织，单方向的或双向的，单层或双层缠绕。
7.按照权利要求1所述的一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中极耳为金属锌板。
8.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的多孔锌-空气电池负极。
9.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的多孔锌-空气电池负极的应用，包括以下步骤：将锌-空气电池负极板用商业化电池隔膜包裹，置于带有四氧化三钴空气催化电极的块状电池壳中，倒入KOH电解液，组装成锌-空气电池。
CN201711226658.4A 2017-11-29 2017-11-29 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法 Pending CN107994205A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711226658.4A CN107994205A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711226658.4A CN107994205A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107994205A true CN107994205A (zh) 2018-05-04

Family

ID=62034490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711226658.4A Pending CN107994205A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107994205A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112139356A (zh) * 2020-09-18 2020-12-29 苏州邦得新材料科技有限公司 钢质金属印花编织板的制作的方法、钢质金属印花编织板

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2190352Y (zh) * 1994-04-30 1995-02-22 厦门大学 反应界面推移型化学电源电极
CN101091272A (zh) * 2004-11-01 2007-12-19 特克科米科金属有限公司 固体多孔锌电极及其制造方法
CN101908661A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 北京中航长力能源科技有限公司 一种新型的圆柱式锌空气电池的密封方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2190352Y (zh) * 1994-04-30 1995-02-22 厦门大学 反应界面推移型化学电源电极
CN101091272A (zh) * 2004-11-01 2007-12-19 特克科米科金属有限公司 固体多孔锌电极及其制造方法
CN101908661A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 北京中航长力能源科技有限公司 一种新型的圆柱式锌空气电池的密封方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112139356A (zh) * 2020-09-18 2020-12-29 苏州邦得新材料科技有限公司 钢质金属印花编织板的制作的方法、钢质金属印花编织板

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102593430B (zh) 电池用极板及其制造方法、具有该极板的极板组和铅蓄电池
JPH09510576A (ja) 鉛バッテリー
KR20020053807A (ko) 재 충전식 니켈-아연 전지
CN109546068A (zh) 一种锂电池负极集流方法
CN104518201B (zh) 铅蓄电池
CN107994205A (zh) 一种基于编织结构的多孔锌-空气电池负极的制备方法
CN117497771A (zh) 一种电极片以及二次电池
CN1501533B (zh) 一种采用铅布材料作极板板栅的铅布电池的制造方法
CN207705306U (zh) 一种电动助力车用铅酸蓄电池板栅
CN114171721B (zh) 一种大功率锌银贮备电池中锌电极及其制备方法
CN107452918B (zh) 稀土新电源及其制备方法
JP5505248B2 (ja) 鉛蓄電池
JP2012248280A (ja) 二硫化鉄・リチウム一次電池
CN208400944U (zh) 高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池
CN203134918U (zh) 一种高功率镍氢电池
CN207765561U (zh) 一种卷绕式锂离子电池
CN201142347Y (zh) 一种高功率镍氢电池
CN211376814U (zh) 一种新型网状复合材料铅蓄电池板栅
CN201608250U (zh) 动力高容量镍氢电池
CN203491336U (zh) 铅蓄电池
CN104538593B (zh) 一种碱性蓄电池用覆膜式镍电极及其制备方法
CN108807820B (zh) 可充电金属氢化物锰电池
CN205050933U (zh) 铅酸蓄电池负极板板栅
CN209056568U (zh) 一种圆柱形镍氢电池
EP0122281B1 (en) Titanium wire reinforced lead composite electrode structure

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180504