一種二次鋅電極添加劑的製作方法
2023-11-05 00:25:07
一種二次鋅電極添加劑的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種二次鋅電極添加劑，所述添加劑主要化學成分是以與ZnO晶型一致的纖鋅礦結構物質，包括AgI、ZnO、CdS、CdSe、α-SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的半導體結構、一種或幾種的摻雜改性的粉體材料或一種或幾種的混合物。一方面保證了Zn電極在充放過程中能夠在原來位置進行可逆的充放循環，保證Zn電極結構不易變形，另一方面則使得電解液中的ZnO不易在隔膜或正極中沉積，降低隔膜中Zn枝晶的可能，同時防止負極對正極性能的影響。
【專利說明】一種二次鋅電極添加劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二次鋅電極，具體涉及一種二次鋅電極添加劑，屬於新能源領域。
【背景技術】
[0002]隨著能源問題的日趨嚴峻，環保呼聲的日趨高漲，人們開始尋找一些對環境無汙染的能源的替代產品，電池，尤其是綠色電池進一步得到人們的關注。其中，鋅系(鋅鎳、鋅錳、鋅空氣等等)電池以其眾多優點，成為人們關注的熱點。一方面鋅資源豐富，約佔地殼重量的0.015%，且價格低廉而無毒，是非常好的負極材料，二次鋅基電池的推廣應用可以充分地利用自然資源和避免對環境的危害，降低人們對於石油產品的依賴。
[0003]但目前鋅系電池仍主要面臨循環壽命短、自放電大及均一性差等問題。其本質是鋅熱力學性質不穩定，鋅及其放電產物在電解液中具有較大的溶解度。目前添加劑的功能無外乎以下幾種:
[0004](I)抑制氫氣的產生；
[0005](2)提高鋅負極活性物質的利用率；
[0006](3)提高均一性；
[0007](4)降低鋅酸鹽在電解液中的溶解度；
[0008](5)消除枝晶的生長；
[0009](6)減小電極變形。
[0010]本發明提出一種新型的引晶型添加劑，重點解決鋅電極產物溶解以及枝晶和形變問題。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在於提供一種二次鋅電極添加劑，重點解決鋅電極產物溶解以及枝晶和形變問題，顯著延長電池循環壽命。
[0012]為達到上述目的，本發明提供了一種二次鋅電極添加劑，所述添加劑主要化學成分是以與ZnO晶型一致的纖鋅礦結構物質。
[0013]本發明的進一步改進在於:所述的纖鋅礦結構物質包括Agl、ZnO> CdS> CdSe>a -SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的半導體結構。
[0014]本發明的進一步改進在於:所述的纖鋅礦型物質包括Agl、ZnO > CdS > CdSe >a -SiC、GaN、AlN中一種或幾種的的摻雜改性的粉體材料。
[0015]本發明的進一步改進在於:所述的纖鋅礦型物質包括Agl、ZnO > CdS > CdSe >a -SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的混合物。
[0016]本發明的進一步改進在於:所述的纖鋅礦物質為耐鹼性的GaN化合物半導體材料。
[0017]本發明的進一步改進在於:所述的纖鋅礦物質為耐鹼性的GaN經過摻雜改性的納米或微米粉體材料。
[0018]本發明的進一步改進在於:所述的GaN粉體為納米級粉體,尺寸在5?500nm之間。
[0019]本發明的進一步改進在於:所述的GaN含量在整個二次鋅電極配料中所佔的比例為Zn含量的0%?10%。
[0020]本發明的進一步改進在於:所述的GaN含量在整個二次鋅電極配料中所佔的比例為Zn含量的0.005%到1%之間。
[0021]本發明的進一步改進在於:其製備方法為粉末壓成法、塗膏法、電沉積法、刮漿法製備的板式電極或是由擠膏製備的各種形式的管式電極。
[0022]本發明的有益效果是:GaN等纖鋅礦型微粒在電極中均勻分布，由於GaN與ZnO同屬纖鋅礦結構，有著相同的晶型，這就使得Zn電極放電產物ZnO能夠迅速在GaN等的周邊生成，而不至於大量溶解至電解液中，一方面保證了 Zn電極在充放過程中能夠在原來位置進行可逆的充放循環，保證Zn電極結構不易變形，另一方面則使得電解液中的ZnO不易在隔膜或正極中沉積，降低隔膜中Zn枝晶的可能，同時防止負極對正極性能的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1表示二次鋅電極循環測試對比圖。
[0024]附圖標號:1-添加GaN的鋅電極測試曲線、2_未添加GaN的鋅電極測試曲線。
【具體實施方式】
[0025]為了加深對本發明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用於解釋本發明，並不對本發明的保護範圍構成限定。
[0026]一種二次鋅電極添加劑，所述添加劑主要化學成分是以與ZnO晶型一致的纖鋅礦結構物質，所述的纖鋅礦結構物質包括Ag1、ZnO、CdS、CdSe、a -SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的半導體結構，一種或幾種的的摻雜改性的粉體材料，一種或幾種的混合物。其製備方法為粉末壓成法、塗膏法、電沉積法、刮漿法製備的板式電極或是由擠膏製備的各種形式的管式電極。
[0027]實施例1
[0028]在本發明的一個實施例中，製備了一隻添加GaN作為引晶型添加劑的疊片式鋅鎳電池。製備方法為:首先採用A份的鹼性電池專用無汞鋅粉、B份鋅酸鈣、C份導電石墨、D份CMC，E份其他添加劑，然後再加入相當於鋅粉(含ZnO當量)量0.5%。的納米級GaN，於乾燥條件下攪拌均勻，然後加入一定濃度的KOH溶液F份，分散後，最後加入G份的PTFE攪拌滾壓成團。最後將上述膏料塗布在60目的黃銅網上，於70°C下乾燥後以一定壓力壓制二次鋅電極，與之匹配鎳電極採用市面上成熟的產品。同時，製備一隻與之製備條件及成分對應的未添加GaN的普通鋅鎳電池，兩隻電池在相同條件下製備、相同條件下進行循環壽命測試。
[0029]測試結果如圖1中所示，可見，添加GaN作為引晶型添加劑後，電池初始容量與未添加的相比幾乎一致，但經過數次循環，採用GaN的優勢就很快顯示出來了，不過，在前100次循環內，二者容量還是比較接近的，相差尚在4 %以內，但隨著循環次數的增加，尤其是循環150次後，兩者差異迅速增大。最後，未添加劑的電極在248次循環便降至初始容量的80%，而添加GaN後，循環了近350次循環才降低至初始容量的80%，即採用GaN作為引晶型添加劑後，鋅電極的壽命較未添加時提高了近41 %。
[0030]實施例2
[0031]在本發明的另一個實施例中，基本方法與實施例1致，不同之處在於採用電池級氧化鋅與氫氧化鈣代替了鋅酸鈣。同樣進行對比測試實驗，結果同樣以添加了 GaN的鋅二次電極循環壽命為佳。但二者均比實施例1中的循環壽命分別低了近20與30個循環。
[0032]本發明通過將與ZnO晶型一致的纖鋅礦結構物質作為添加劑，顯著延長了電池循環壽命。事實上，任何其他纖鋅礦型的物質都可能作為鋅電極引晶型添加劑，並製備成鋅電極用於鋅系的二次電池，而不限於鋅鎳、鋅錳、鋅空氣電池等。
【權利要求】
1.一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述添加劑主要化學成分是以與ZnO晶型一致的纖鋅礦結構物質。
2.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的纖鋅礦結構物質包括Ag1、ZnO、CdS、CdSe、a -SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的半導體結構。
3.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的纖鋅礦型物質包括Ag1、ZnO、CdS、CdSe、a -SiC、GaN、AlN中一種或幾種的的摻雜改性的粉體材料。
4.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的纖鋅礦型物質包括Ag1、ZnO、CdS、CdSe、a -SiC、GaN、AlN中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的纖鋅礦物質為耐鹼性的GaN化合物半導體材料。
6.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的纖鋅礦物質為耐鹼性的GaN經過摻雜改性的納米或微米粉體材料。
7.根據權利要求6所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的GaN粉體為納米級粉體，尺寸在5?500nm之間。
8.根據權利要求5或6所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的GaN含量在整個二次鋅電極配料中所佔的比例為Zn含量的0%?10%。
9.根據權利要求5或6所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:所述的GaN含量在整個二次鋅電極配料中所佔的比例為Zn含量的0.005%到1%之間。
10.根據權利要求1所述的一種二次鋅電極添加劑，其特徵在於:其製備方法為粉末壓成法、塗膏法、電沉積法、刮漿法製備的板式電極或是由擠膏製備的各種形式的管式電極。
【文檔編號】H01M4/62GK104078682SQ201310100654
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2013年3月27日
【發明者】宋永江, 曹從偉, 孫寧, 羅雲峰, 宋錢江, 蔣敏 申請人:宋永江