一種鹼性二次鋅電極的負極材料及其製備方法
2023-04-22 15:52:16
專利名稱：一種鹼性二次鋅電極的負極材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鹼性二次鋅電極的負極材料及其製備方法。
背景技術：
鋅-鎳電池是近年來發展起來的一種新穎的高能二次電池，採用鋅作為負極，氫氧化鎳作為正極，具有比能量較高(理論為326Wh/kg，實際不低於115Wh/kg)，可大電流放電(比功率超過200W/kg)、工作電壓高(平均1.65V)，放電平穩、成本低廉、無環境汙染等突出優點，是一類新型的環保型動力電池，具有廣泛的應用和發展前景。其他類型的鹼性二次鋅電極也具有廣闊的應用前景。
由於鋅在鹼性溶液中的電化學活性大，熱力學性質不穩定，且充電產物鋅酸鹽在強鹼溶液中溶解度高，因此在充放電過程中電極容易出現變形、枝晶生長、自腐蝕及鈍化等現象，容易造成電極失效和電池短路等現象，從而造成電池的失效，因此鋅-鎳電池的產業化尚未完全實現。
目前二次鋅電極(即鹼性二次鋅電極的負極)的製備一般採用活性氧化鋅粉末，其粒度一般在微米級以上，顆粒分布範圍大，同時為了解決鋅負極的「枝晶」、「變形」、「自放電」以及「電極鈍化」等問題，在電極製備過程中需要添加Ca(OH)2、Ba(OH)2或Sr(OH)2、In(OH)3和金屬氧化物PbO、Bi2O3、CdO、Ga2O3和Ti2O3等添加劑，由於氧化鋅的比重輕，不容易分散，添加劑在活性物質中不容易分散，均勻性差。因此，製成電極後，電極的導電性差，充電接受性低，同時由於目前採用的添加劑也存在導電性差，對鋅電極的改性效果不持久，造成目前常用的鋅電極存在活性物質利用率低，充電接受性差，容量不穩定，尤其是循環壽命短等問題，是鹼性二次鋅電極的產業化的一個嚴重障礙。
發明內容為了克服已有技術中鹼性二次鋅電極的負極材料製成的二次鋅電極活性物質利用率低、導電性差、充電接受性低、容量不穩定、循環壽命短的不足，本發明提供一種鹼性二次鋅電極負極材料，由該負極材料製成的二次鋅電極活性物質利用率高、導電性好、充電接受性高、容量穩定、循環壽命長，本發明還提供了所述的負極材料的製備方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種鹼性二次鋅電極的負極材料，所述鹼性二次鋅電極的負極材料以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒；所述的氧化鋅基導電氧化物其主要化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3。這裡指ZnO、Co2O3為氧化鋅基導電氧化物的主要化學組成，意思是所述的添加劑可以只是ZnO、Co2O3，也可以是以ZnO、Co2O3為主要成份再加入少量的其它的導電氧化物組份。
進一步的，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3。
進一步，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3；0.05～0.1重量份的Nb2O。
進一步，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3；0.05～0.1重量份的Nb2O；0.02～0.1重量份的Re2O3，其中Re為La(鑭)或Y(釔)。
進一步，所述的鹼性二次鋅電極的負極材料其粒度為100～300nm。
進一步，所述的鹼性二次鋅電極的負極材料中，所述的氧化鋅基導電氧化物所佔鹼性二次鋅電極的負極材料的質量百分比為5～10％。
上述鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，超聲波攪拌加熱至90～100℃，保溫2～3小時，冷卻後過濾，洗滌、乾燥，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅的顆粒，然後在400～500℃下煅燒1～2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料。
所述的鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，所述的洗滌優選用蒸餾水和乙醇洗滌，所述的乾燥優選的是在100～120℃乾燥1～3小時；所述的氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的優選質量比為1∶28～59。
本發明所述的鹼性二次鋅電極的負極材料及其製備方法的有益效果主要表現在1.氧化鋅基導電氧化物在鹼性電解液中不溶解，具有很低的室溫電阻率(2.5～4.5×10-2Ω·m)，具有良好的室溫導電性，因此添加到鋅電極中，可作為鋅電極充電時的結晶中心，提高鋅電極的活性物質利用率和放電容量，減少和阻止鋅枝晶的產生，提高電極的循環壽命。2.由於摻雜氧化鋅基導電氧化物具有良好的導電性，還可減少電極的內阻，阻止鋅在電解液中的溶解和氫氣的析出，對改善二次鋅電極的綜合電化學性能具有良好的效果。
(四)
具體實施例方式
下面結合附圖
和具體實施例對本發明作進一步描述。
實施例一一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為92重量份的ZnO，5.5重量份的Bi2O3，2.5重量份的Co2O3，0.075重量份的Nb2O5，0.025重量份的Y2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為92重量份的ZnO，5.5重量份的Bi2O3，2.4重量份的Co2O3，0.075重量份的Nb2O5，0.025重量份的Y2O3，其室溫電阻率約為3.76×10-2Ω·m，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至95℃，保溫3小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在120℃乾燥2小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在500℃下煅燒2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的10％。
組成為92重量份的ZnO，5.5重量份的Bi2O3，2.4重量份的Co2O3，0.075重量份的Nb2O5，0.025重量份的Y2O3的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Co2O3粉料、Bi2O3粉料和Nb2O5粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得中間原料；將鈦酸四丁酯溶於冰醋酸、丙三醇和乙醇的混合液中，加熱攪拌得到後得到均勻的鈦酸四丁酯溶液；按化學計量比將Y(NO3)3·6H2O溶解於去離子水中，並加入丙三醇和乙醇，加熱攪拌均勻後慢慢加到所述的鈦酸四丁酯溶液中，得到Y(釔)元素的摻雜溶液；在Y元素的摻雜溶液中加入所述的中間原料，混合均勻後，加熱烘乾，然後在馬弗爐中以100℃/h的升溫到1500℃，保溫5小時，冷卻後再在球磨機中粉碎，過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，用Hg/HgO作參比電極，電解液為8.0mol/LKOH溶液。裝配好的模擬電池實驗電池放置6h後採用20mA/cm2的恆電流充放電，環境溫度為25±2℃，鋅電極在-1.46～-1.10V(vs.Hg/HgO)之間反覆循環測量本發明的摻雜氧化鋅基導電氧化物添加劑對鋅電極綜合電化學性能的影響。
納米氧化鋅電極的電化學性能見表1表1
實施例二一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為95重量份的ZnO；5重量份的Co2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為95重量份的ZnO、5重量份的Co2O3，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶59。超聲攪拌加熱至120℃，保溫2小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在120℃乾燥1小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在400℃下煅燒2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的5％。
組成為95重量份的ZnO、5重量份的Co2O3的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Co2O3粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表2表2 實施例三一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為98重量份的ZnO；2重量份的Co2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為98重量份的ZnO、2重量份的Co2O3，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶40。超聲攪拌加熱至90℃，保溫3小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在100℃乾燥3小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在500℃下煅燒1小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的7％。
組成為98重量份的ZnO、2重量份的Co2O3的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Co2O3粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表3表3 實施例四一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為96重量份的ZnO；0.5重量份的Bi2O3；3.5重量份的Co2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為96重量份的ZnO、0.5重量份的Bi2O3、3.5重量份的Co2O3，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至90℃，保溫3小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在100℃乾燥3小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在500℃下煅燒1小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的410％。
組成為96重量份的ZnO、0.5重量份的Bi2O3、3.5重量份的Co2O3的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Co2O3粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表4表4 實施例五一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為91重量份的ZnO；5重量份的Bi2O3；4重量份的Co2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為91重量份的ZnO、5重量份的Bi2O3、4重量份的Co2O3，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至95℃，保溫2.5小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在110℃乾燥2小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在450℃下煅燒1.5小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的10％。
組成為91重量份的ZnO、5重量份的Bi2O3、4重量份的Co2O3的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Bi2O3粉料、Co2O3粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表5表5 實施例六一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為93重量份的ZnO；2.4重量份的Bi2O3；4.5重量份的Co2O3；0.1重量份的Nb2O5。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為93重量份的ZnO、2.4重量份的Bi2O3、4.5重量份的Co2O3、0.1重量份的Nb2O5，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至95℃，保溫2.5小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在110℃乾燥2小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在450℃下煅燒1.5小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的10％。
組成為93重量份的ZnO、2.4重量份的Bi2O3、4.5重量份的Co2O3、0.1重量份的Nb2O5的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Bi2O3粉料、Co2O3粉料、Nb2O5粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表6表6
實施例七一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90重量份的ZnO；6.5重量份的Bi2O3；3.425重量份的Co2O3；0.075重量份的Nb2O5。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為9O重量份的ZnO、6.5重量份的Bi2O3、3.425重量份的Co2O3、0.075重量份的Nb2O5，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至100℃，保溫3小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在110℃乾燥2小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在500℃下煅燒2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的10％。
組成為90重量份的ZnO、6.5重量份的Bi2O3、3.425重量份的Co2O3、0.075重量份的Nb2O5。的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Bi2O3粉料、Co2O3粉料、Nb2O5粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表7表7 實施例八一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為92重量份的ZnO、5.5重量份的Bi2O3、2.5重量份的Co2O3、0.075重量份的Nb2O5、0.025重量份的La2O3。
採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，其組成為92重量份的ZnO、5.5重量份的Bi2O3、2.5重量份的Co2O3、0.075重量份的Nb2O5、0.025重量份的La2O3，所述氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28。超聲攪拌加熱至95℃，保溫3小時。冷卻後過濾，用蒸餾水和乙醇洗滌沉澱物，然後在120℃乾燥2小時，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅顆粒的的顆粒，然後在500℃下煅燒2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料，其粒度分布在100～300nm，納米氧化鋅顆粒均勻地包裹在氧化鋅基導電氧化物的表面，氧化鋅基導電氧化物佔二次鋅電極的負極材料質量的10％。
組成為(ZnO)0.920(Bi2O3)0.055(Co2O3)0.025(Nb2O5)0.00075(La2O3)0.00025的氧化鋅基導電氧化物的製備方法為將ZnO粉料、Co2O3粉料、Bi2O3粉料和Nb2O5粉料按化學計量比混合配料，然後放入球磨罐中，並在球磨罐內加入蒸餾水和聚丙烯酸胺分散劑，粉料在球磨罐內溼磨60小時，烘乾後再在1000℃煅燒2小時，冷卻後過篩得中間原料；將鈦酸四丁酯溶於冰醋酸、丙三醇和乙醇的混合液中，加熱攪拌得到後得到均勻的鈦酸四丁酯溶液；按化學計量比將La(NO3)3溶解於去離子水中，並加入丙三醇和乙醇，加熱攪拌均勻後慢慢加到所述的鈦酸四丁酯溶液中，得到La(鑭)元素的摻雜溶液；在La元素的摻雜溶液中加入所述的中間原料，混合均勻後，加熱烘乾，然後在馬弗爐中以100℃/h的升溫到1500℃，保溫5小時，冷卻後再在球磨機中粉碎，過篩得氧化鋅基導電氧化物。
將前述得到的鹼性二次鋅電極的負極材料摻雜5％左右的導電石墨，然後在球磨機中球磨混合1小時，取出後加入適量的60％PTFE和3％CMC作為粘結劑，同時加入少量的蒸餾水配製成氧化鋅膏，然後將氧化鋅膏填塗在鍍錫或鉍的泡末銅中，真空乾燥後刮去表面浮粉，然後在對輥機上輥壓成極板，電極載量為0.15g/cm2，厚度0.20mm，電極理論容量約90～100mAh/cm2。鎳電極採用常規的拉漿法製備。將製備好的鋅電極表面先包裹一層聚丙烯無紡布，厚度為0.18mm，然後再包裹一層Celgard2300隔膜(膜厚2.5μm，有效孔徑0.02μm)，和鎳電極組成模擬電池，結果見表8表8
權利要求
1.一種鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述鹼性二次鋅電極的負極材料以氧化鋅基導電氧化物為內核，所述的內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒；所述的氧化鋅基導電氧化物其主要化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3。
2.如權利要求1所述的鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3。
3.如權利要求1所述的鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3；0.05～0.1重量份的Nb2O5。
4.如權利要求1所述的鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述的氧化鋅基導電氧化物其化學組成為90～98重量份的ZnO；2～5重量份的Co2O3；0.5～10重量份的Bi2O3；0.05～0.1重量份的Nb2O5；0.02～0.1重量份的Re2O3，其中Re為La或Y。
5.如權利要求1～4之一所述的鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述的鹼性二次鋅電極的負極材料其粒度為100～300nm。
6.如權利要求5所述的鹼性二次鋅電極的負極材料，其特徵在於所述的鹼性二次鋅電極的負極材料中，所述的氧化鋅基導電氧化物所佔鹼性二次鋅電極的負極材料的質量百分比為5～10％。
7.如權利要求1～4之一所述鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，採用硝酸鋅為原料，氨水、尿素為沉澱劑，將硝酸鋅和尿素分別溶解於蒸餾水中，完全溶解後將二者混合，然後在溶液中加入所述的氧化鋅基導電氧化物，超聲波攪拌加熱至90～100℃，保溫2～3小時，冷卻後過濾，洗滌、乾燥，得到以氧化鋅基導電氧化物為內核、內核外均勻包裹有硝酸鋅的顆粒，然後在400～500℃下煅燒1～2小時使硝酸鋅轉化為納米氧化鋅，得到鹼性二次鋅電極的負極材料。
8.如權利要求7所述的鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，其特徵在於所述的洗滌是用蒸餾水和乙醇洗滌，所述的乾燥是在100～120℃乾燥1～3小時。
9.如權利要求7所述的鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，其特徵在於所述的氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28～59。
10.如權利要求8所述的鹼性二次鋅電極的負極材料的製備方法，其特徵在於所述的氧化鋅基導電氧化物與所述的硝酸鋅的質量比為1∶28～59。
全文摘要
一種鹼性二次鋅電極的負極材料，以氧化鋅基導電氧化物為內核，內核外均勻包裹有納米氧化鋅顆粒，該氧化鋅基導電氧化物主要化學組成為ZnO和Co
文檔編號H01M4/26GK1744355SQ20051006094
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月28日 優先權日2005年9月28日
發明者張文魁, 塗江平, 黃輝, 甘永平 申請人:浙江工業大學