[发明专利]一种锌镍二次电池的锌负极活性物质及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌镍二次电池的锌负极活性物质及其制备和应用方法。

背景技术

碱性锌镍二次电池具有比能量大、比功率高、工作电压平稳、原材料丰富无毒等优点而倍受人们的关注，这些优点也使得锌镍二次电池成为新一代绿色动力电池的有力竞争者。但该类电池存在循环寿命短的缺陷，致使其实用化受到不小的阻力。造成锌镍二次电池短寿命的主要原因在于锌电极在循环过程中存在电极变形、钝化、锌枝晶、自腐蚀等问题。为了解决这些问题，人们做了很多研究。Ca(OH)₂被普遍认为是一种行之有效的锌负极添加剂，这是因为在电池放电过程中，Ca(OH)₂可与ZnO反应形成锌酸钙，该物质在碱性电解液中的溶解度很小，从而能抑制锌负极活性物质ZnO向电解液的迁移，在一定程度上解决锌负极的问题。但所需加入的Ca(OH)₂量较大，降低了电池的能量密度和容量密度。专利02134316.0则提出直接以锌酸钙作为负极活性物质，但锌酸钙也存在电池容量偏低的问题。因此，以ZnO为负极活性物质依然是高容量锌镍二次电池的选择。

对氧化锌进行表面改性既可以较好地解决锌负极的问题，同时不会对电池容量造成很大影响。专利CN 101325256A提到了以表面包覆Sn₆O₄(OH)₄的ZnO作为负极活性物质，专利CN101533908A提到了以Bi₂O₃和BiO的纳米铋复合物表面修饰的ZnO作为锌基电池的负极材料，两者都取得了较好的效果。但这些方法都是对ZnO材料进行表面处理，其性能很大程度上依赖ZnO本体的电性能，大规模制备过程也存在一定的问题。因此，对氧化锌材料的改性研究仍是一个值得努力研究的内容。

发明内容

本发明的目的是设计一种减少锌负极变形、抑制锌负极活性物质溶解和延长锌镍二次电池循环使用寿命的锌负极活性物质及其制备和应用方法。

一种锌镍二次电池的锌负极活性物质(即铟掺杂氧化锌)的制备方法，包括以下步骤：

(1)将0.5-10重量份的分析纯的In₂O₃溶于30-60重量份的12mol/L浓盐酸中；

(2)将60-120重量份的分析纯的ZnCl₂溶于200-500重量份的去离子水中，并加入0.1-1重量份的分散剂；

(3)将上述两种溶液混合，用去离子水稀释3-15倍；

(4)在强烈的机械搅拌下，向上述混合稀释溶液滴加氨水至溶液pH为6.0-9.0，继续搅拌10-60min，陈化0.5-2.0h；

(5)将上述陈化液超声分散5-30min，后转移至水热反应釜中，将反应釜放入150-250℃的烘箱中保温3.0-6.0h；

(6)将所得沉淀进行过滤、洗涤，并在50-100℃下干燥2.0-5.0h，450-600℃下煅烧1.5-3.5h即可。

所述的分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。

所述的锌负极活性物质应用于制备锌镍二次电池的锌负极；具体包括以下步骤：

(1)将75-85重量份的所述的锌负极活性物质、4-6重量份的导电剂、7-27重量份的其他锌化合物进行机械混合得到负极材料混合物；

(2)将0.02-5重量份的分散剂溶于30-45重量份的蒸馏水中；

(3)将步骤(1)得到的负极材料混合物加入到步骤(2)所得溶液中，然后在强烈搅拌下加入粘结剂溶液，粘结剂溶液与步骤(1)得到的负极材料混合物重量比为1-6∶100；得到均匀的流动性锌负极浆料；

(4)将步骤(3)的锌负极浆料涂覆于锌电极集流体两面并烘干，裁切为一定规格的锌负极成品极片。

所述导电剂为导电石墨与铝粉、锡粉或铜粉的混合物。

所述其他锌化合物为锌粉与锌-铟、锌-铟-铋、锌-锡或锌-锡-铟合金粉的混合物。

所述的分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、次亚磷酸钠、六次甲基四胺、聚乙二醇中的一种或几种。

所述粘结剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯、聚乙烯、聚苯胺、聚吡咯、丁苯橡胶的一种或几种。