CN110921697A - 一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法，具体过程为：将锌氧化物和锡氧化物混合均匀后在惰性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池锌负极材料Zn2SnO4晶体，该Zn2SnO4晶体用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂，能够提高锌镍电池的功率及比能量性能，防止锌镍电池锌负极膨胀、脱落及枝晶生长，进而延长锌镍电池的使用寿命。

Description

一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于锌镍二次电池锌负极材料的制备技术领域，具体涉及一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法。
背景技术
当前可供使用的方形二次电池主要由铅酸蓄电池、氢镍电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30~35Wh/Kg，循环寿命再300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收时如果处理不当会对环境造成严重污染，已被世界各国限制生产和使用。氢镍电池工作电压较低，高温时自放电较大，需要使用大量稀土原料，成本价格偏高，目前只适合做小型电器的电源。锂离子电池的比能量相对较高，可大电流充放电；但在生产和回收过程中对环境容易产生污染，现在所谓的环保仅仅是同铅酸电池相比较而言，而且由于锂离子电池存安全性问题，尤其是在大容量、高电压使用环境下安全性能更差，同时废旧磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池回收困难有污染且没有回收价值等一系列问题，一定程度上对未来的人类环境会产生重大影响。
传统的锌镍电池负极由于采用了粒度较细的氧化锌粉末作为活性物质，在碱性电解液中的放电过程易溶出锌离子，在充电过程中锌离子在电极表面不平整的凸出部分沉积形成枝晶，枝晶穿透隔膜造成正负电极的短路，导致电池失效。虽然近些年来科研工作者做了大量的工作试图延长锌镍电池的循环使用寿命，但目前的研究工作主要局限于锌镍电池电解液及隔膜上，少部分在电极添加剂上寻找策略。目前的方法并不能很好地解决锌镍电池锌负极材料膨胀、脱落及枝晶生长等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法，该方法制得的碱性二次电池锌负极材料有效解决了锌镍电池锌负极膨胀、脱落及枝晶生长等问题，同时有效延长了锌镍电池的使用寿命。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将锌氧化物和锡氧化物混合均匀后在惰性气氛或还原性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池锌负极材料Zn2SnO4晶体，该Zn2SnO4晶体用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂，能够提高锌镍电池的功率及比能量性能，防止锌镍电池锌负极膨胀、脱落及枝晶生长，进而延长锌镍电池的使用寿命。
进一步优选，所述锌氧化物为氧化锌；所述锡氧化物为氧化亚锡或二氧化锡中的一种或多种。
优选的，所述惰性气氛为氮气或氩气中的一种或多种；所述还原性气氛为氢气或氢气与氮气的混合气体。
优选的，所述锌氧化物和锡氧化物按照元素摩尔比Zn：Sn=2:1的比例进行混合。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明制得的锌负极材料Zn2SnO4晶体能够用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂，能够有效提高锌镍电池的功率及比能量性能，防止锌镍电池锌负极膨胀、脱落及枝晶生长，并延长锌镍电池的使用寿命，满足了商品化应用及绿色环保的要求。
附图说明
图1是使用实施例1制得Zn2SnO4晶体作为锌负极材料制得的锌镍电池与目前常规锌镍电池的循环使用寿命对比曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将氧化锌和二氧化锡按照元素摩尔比Zn：Sn=2:1的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛下以20℃/min的升温速率升温至800℃烧结3h，制得碱性二次电池锌负极材料Zn2SnO4晶体，该Zn2SnO4晶体用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂。
将Zn2SnO4晶体加入5wt%的导电石墨，用HPMC和SBR粘结剂调制出10000cP左右粘度的浆料涂布于密度320g/m2的泡沫镍基体上，经干燥、碾压后点焊极耳形成负电极，用两片氢氧化镍的正极片中间夹一片负电极，正负电极之间用一种隔膜隔离，经3次充放电活化后，测得容量为210mAh/g。
实施例2
将氧化锌和氧化亚锡按照元素摩尔比Zn：Sn=2:1的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氮气气氛下以20℃/min的升温速率升温至900℃烧结2h制得碱性二次电池锌负极材料Zn2SnO4晶体，该Zn2SnO4晶体用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂。
将Zn2SnO4晶体加入5wt%的导电石墨，用HPMC和SBR粘结剂调制出10000cP左右粘度的浆料涂布于密度320g/m2的泡沫镍基体上，经干燥、碾压后点焊极耳形成负电极，用氢氧化镍正极片，PP隔膜和该负极，卷绕后入到AA钢壳中，加注电解液 ，滚槽，封口，经3次充放电活化后，测得容量为205mAh/g。
本发明通过使用制得的Zn2SnO4晶体作为锌镍电池锌负极材料，有效解决了锌镍电池锌负极膨胀、脱落以及枝晶生长等问题，增加锌镍电池的循环稳定性，同时延长了锌镍电池的使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (4)

1.一种碱性二次电池锌负极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将锌氧化物和锡氧化物混合均匀后在惰性气氛或还原性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池锌负极材料Zn2SnO4晶体，该Zn2SnO4晶体用于锌镍二次电池负极活性物质或添加剂，能够提高锌镍电池的功率及比能量性能，防止锌镍电池锌负极膨胀、脱落及枝晶生长，继而延长锌镍电池的使用寿命。
2.根据权利要求1所述的碱性二次电池锌负极材料的制备方法，其特征在于：所述锌氧化物为氧化锌；所述锡氧化物为氧化亚锡或二氧化锡中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的碱性二次电池锌负极材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气或氩气中的一种或多种；所述还原性气氛为氢气或氢气与氮气的混合气体。
4.根据权利要求1所述的碱性二次电池锌负极材料的制备方法，其特征在于：所述锌氧化物和锡氧化物按照元素摩尔比Zn：Sn=2:1的比例进行混合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4207391A (en) * 1978-07-25 1980-06-10 El-Chem Corporation Rechargeable electrical storage battery with zinc anode and aqueous alkaline electrolyte

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