CN109638219A - 柔性碱性一次电池负极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明要求保护柔性碱性一次电池负极的制备方法，包括如下步骤：(1)制备电流收集器，(2)电极制备，分别称取重量百分比为70％～90％活性材料、1％～25％导电剂、0～10％的添加剂和1％～10％粘结剂作为原料，再将上述原料溶解在1～20倍于原料重量的溶剂中，进行搅拌分散处理，最后进行粘稠度调节，作为电极合剂备用，(3)然后将电流收集器加热至70℃～100℃，将电极合剂涂在所述电流收集器上，进行涂抹或者辊压制成电极薄片，最后进行烘干处理。本发明的柔性碱性一次电池的制备工艺生产的负极材料，所有部分均带有相对较高的柔性，其整体柔性，以及在弯折后的电化学性能与其他类型碱性一次电池比较性能接近，且在弯折100次后仍可保留90％以上的初始容量。

Description

柔性碱性一次电池负极的制备方法
技术领域
本发明属于电池加工处理技术领域，具体涉及柔性碱性一次电池负极的制备方法。
背景技术
近年来，柔性便携式的电子产品如可卷绕式显示屏、柔性液晶显示屏和全柔性可穿戴电子设备等概念的提出不仅引起了广大消费者的兴趣和期待，更引发了科研工作者对柔性电子技术的研究热潮。柔性电子技术中的柔性电源部分作为电子产品供电的主要来源，有锌锰一次电池、锌锂一次电池、锂离子二次电池、银锌二次电池和超级电容器。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。
碱性电池是成功的高容量干电池，也是具性能价格比的电池之一。碱性电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氢氧化钾为电解液。电极材料作为碱性一次电池主要部分，其材料柔性化为一个柔性碱性一次电池产品所不可缺少的特性。柔性化的电极主要由高分子纳米纤维作为基体，纳米级电解二氧化锰材料作为活性材料以及以石墨为主的碳材料作为导电材料共同附着在纳米基体上，形成柔性复合电极材料。柔性碱性一次电池是一个平面的五层结构设计，含有电流收集器、电极、胶状电解液材料，所有使用的材料均为柔性材料，柔性碱性一次电池三个柔性主要部分的合成，制备工艺也至关重要。目前还没有一种适用于柔性碱性一次电池主体结构或者电极材料的制备工艺。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种适用于柔性碱性一次电池负极部分制备工艺。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，柔性碱性一次电池负极的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备电流收集器，根据最终产品特性选择制备电流收集器；
(2)电极制备，分别称取重量百分比为70％～90％活性材料、1％～25％导电剂、1％～10％粘结剂和0～10％的添加剂作为原料，再将上述原料溶解在1～20倍于原料重量的溶剂中，进行搅拌分散处理，最后进行粘稠度调节，作为电极合剂备用，
(3)然后将电流收集器加热至70℃～100℃，通过刮刀涂抹方式，将电极合剂涂在所述电流收集器上，进行涂抹或者辊压制成电极薄片，最后进行烘干处理。
本发明优选技术方案中，步骤(1)中选择的电流收集器为厚度小于0.2mm的金属膜，优选为金属网状结构，更优选地为不锈钢网膜，且网格大小1mm～5mm之间；或者为导电胶水、导电涂料涂布在碳导电布上制成。
本发明优选技术方案中，所述活性材料为锌粉，导电剂选自导电炭黑、膨胀石墨等导电性能优异的碳材料。
本发明优选技术方案中，所述添加剂包括添加剂A和添加剂B，
所述添加剂A为碳纳米材料，所述碳纳米材料包括但不限于多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、功能化碳纳米管、单层石墨烯、多层石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种。
所述添加剂B包括但不限为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铂、氧化铝中的一种或多种。
本发明优选技术方案中，所述粘结剂包括但不限于聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯、聚四氟乙烯聚合物中的一种或多种。
本发明优选技术方案中，步骤(2)中，所述原料溶解在1～20倍于原料重量的N-甲基吡咯烷酮或者蒸馏水中。
本发明优选技术方案中，步骤(3)中，将电极合剂涂在所述电流收集器上的涂层厚度为5μm～300μm。
柔性碱性一次电池负极的制备方法，包括如下步骤：
(1)电流收集器制备，根据最终产品特性选择电流收集器；
(2)电极制备，分别称取重量百分比为70％～90％活性材料、1％～25％导电剂、0～10％的添加剂和1％～10％粘结剂作为原料，再将上述原料溶解在1～20倍于原料重量的N-甲基吡咯烷酮或者蒸馏水之中，并进行搅拌分散处理，最后进行粘稠度调节，作为电极合剂备用，
(3)然后将电流收集器加热至70℃～100℃，通过刮刀涂抹方式，将电极合剂涂在所述电流收集器上，进行反复涂抹或者辊压从而直接制成电极薄片，制成5μm～300μm厚度的涂层，在70℃烘箱内进行烘干处理。
本发明的柔性碱性一次电池的制备工艺生产的负极材料，所有部分均带有相对较高的柔性，可以任意弯曲，多次在弯折后其表面活性物质无明显变形，且不开裂、不脱落。电池可以承受大范围变形，且在弯折前后的电化学性能相当，与其他类型碱性一次电池性能接近，在弯折100次后仍可保留90％以上的初始容量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
使用质量百分比如下的原料：80％锌粉作为活性材料，10％炭黑作为导电剂，9％聚偏氟乙烯作为粘结剂，并加入0.5％的氧化锌、0.5％氧化铟；投入到10倍重量比的N-甲基吡咯烷酮中进行溶解处理，使用均质机或超声波处理仪进行高速搅拌分散处理30分钟，调节粘稠度后作为电极合剂，然后将0.1mm的不锈钢网膜加热至80℃，并将粘稠度调节完善的电极合剂通过刮刀涂抹方式在不锈钢网膜上反复涂抹，之后放入70℃烘箱内烘干处理，烘干完成后通过辊压处理制成180μm厚度涂层的电极。
实施例2
使用质量百分比如下的原料：70％锌粉作为活性材料，15％炭黑作为导电剂，10％石墨烯薄片，5％聚偏氟乙烯作为粘结剂；投入到10倍重量的N-甲基吡咯烷酮中进行溶解处理，使用均质机或超声波处理仪进行高速搅拌分散处理30分钟，调节粘稠度后作为电极合剂，然后将网格大小为2mm的不锈钢网膜加热至80℃，并将粘稠度调节完善的电极合剂通过刮刀涂抹方式在不锈钢网膜上反复涂抹，之后放入70℃烘箱内烘干处理，制成100μm厚度涂层的电极。
实施例3
使用质量百分比如下的原料：80％锌粉作为活性材料，6％炭黑作为导电剂，5％碳纳米管，5％苯乙烯－丁二烯－苯乙烯聚合物作为粘结剂，并加入4％的一种或多种添加剂B；投入到10倍重量比的蒸馏水进行溶解处理，使用均质机或超声波处理仪进行高速搅拌分散处理30分钟，调节粘稠度后作为电极合剂，然后将网格大小为2mm的不锈钢网膜加热至80℃，并将粘稠度调节完善的电极合剂通过刮刀涂抹方式在不锈钢网膜上反复涂抹，之后放入80℃烘箱内烘干处理，制成220μm厚度涂层的电极。
实施例4
使用质量百分比如下的原料：70％锌粉作为活性材料，11％炭黑作为导电剂，9％聚四氟乙烯聚合物作为粘结剂，4％碳纳米管作添加剂A，2％氧化锌、3％氧化锡、1％氧化铝；投入到10倍重量比的蒸馏水进行溶解处理，使用均质机或超声波处理仪进行高速搅拌分散处理30分钟，调节粘稠度后作为电极合剂，放入80℃烘箱内烘干处理。最终使用辊压机将烘干的电极材料辊压成所需厚度的电极。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.柔性碱性一次电池负极的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备电流收集器，根据最终产品特性选择电流收集器；
(2)电极制备，分别称取重量百分比为70％～90％活性材料、1％～25％导电剂、1％～10％粘结剂和0～10％的添加剂作为原料，再将上述原料溶解在1～20倍于原料重量的溶剂中，进行搅拌分散处理，最后进行粘稠度调节，作为电极合剂备用，
(3)然后将电流收集器加热至70℃～100℃，将电极合剂涂在所述电流收集器上，进行涂抹或者辊压制成电极薄片，最后进行烘干处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的电流收集器为厚度小于0.2mm的金属膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜为金属网状结构。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中选择的电流收集器为导电胶水、导电涂料涂布在碳导电布上制成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料为锌粉；导电剂选自导电炭黑、膨胀石墨或其组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括添加剂A和添加剂B，
所述添加剂A为碳纳米材料，所述碳纳米材料包括但不限于多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、功能化碳纳米管、单层石墨烯、多层石墨烯、碳纳米纤维中的一种或多种。
所述添加剂B包括但不限为氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铂、氧化铝中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯、聚四氟乙烯聚合物中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述原料溶解在1～20倍于原料重量的N-甲基吡咯烷酮或者蒸馏水中。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将电极合剂涂在电流收集器上的涂层厚度为5μm～300μm。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的柔性碱性一次电池负极。
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