[发明专利]一种具有多相材料复合锌负极

说明书

本发明提供一种具有多相材料复合锌负极，所述具有多相材料复合锌负极的组分包括70～99wt%锌粉、1～30wt%碳材料和0～10wt%第三相材料，各组分质量百分比之和为100wt%；所述碳材料为石墨、乙炔黑、活性炭粉中的至少两种；所述第三相材料为无机金属粉体，优选为铋、镓和铟中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种具有多相材料复合型锌负极及其制备方法，属于锌电池技术领域。

背景技术

在石化能源日益枯竭的今天，新型能源的发展重要性日益凸显。电化学能源作为新型能源的一种得到了广泛的应用。日前大规模应用的锂离子电池由于锂材料的日益短缺逐渐受限，铅酸电池由于铅的污染及低的能力密度也难以满足电子产品日益小型化发展的今天，因此发展新型高比能电池将成为未来电池研究领域的重点。

锌电池以其具有的优异性能逐渐引起世界范围内的重视。锌金属作为负极材料具有高的理论容量密度，同时其成本低廉、资源丰富、环境友好、可进行大容量充放电，以其作为电池极片制备的电池具有极其广阔的前景。但是锌电池的发展仍然受到了诸多问题的限制，其主要问题是在充放电过程中锌枝晶的生长，针对枝晶生长的问题，国内外学者做过大量的研究。王建明(王建明，张莉，张春，等.Bi～(3+)和四丁基溴化铵对碱性可充锌电极枝晶生长行为的影响[J].功能材料，2001，32(1)：45-47.)等研究发现，溶剂中添加Bi³⁺和四丁基溴化铵(TBAB)可以明显抑制枝晶的生长，TBAB通过对电极表面的吸附，在低阴极极化区能够有效抑制枝晶的生成，且Bi³⁺能够产生明显的协同作用，在极化过程中优先沉积在负极表面，抑制锌枝晶的生成。除了加入添加剂的方法，YANG(YANG C C，YANG J M，WU C Y.Poly(vinyl alcohol)/poly(vinyl chloride)composite polymer membranes for secondaryzinc electrodes[J].Journal of Power Sources，2009，191(2)：669-677.)等以聚乙烯醇(PVA)和聚氯乙烯(PVC)为原料用溶液流延法制备出了PVA/PVC微孔膜作为锌电池隔膜，结果表明制备的隔膜具有优异的热稳定性、机械性能和电化学性能，特别是在电池测试中，展现了一定的耐枝晶刺穿的能力。Chamoun(Chamoun M,Hertzberg B J,Gupta T,etal.Hyper-dendritic nanoporous zinc foam anodes[J].NPG Asia Materials,2015,7(4):e178.)等报道了一种泡沫锌负极，其具有的巨大比表面有利于金属锌的沉积，能够有效抑制锌枝晶的生长。

利用锌粉制备电池负极，提高负极比表面积，均匀且细化表面电流密度，能够有效分散锌金属沉积并抑制锌枝晶的生长。通过制备锌膏做电池负极已经在碱性锌锰电池之中得到大量应用，但是其中大量存在的重金属汞、镉等元素使得此类负极具有安全隐患。江门市三七电池实业有限公司的李建军提出一种碱性锌锰电池用的负极材料(ZL201010268717.6)，制备出一种无汞无镉绿色环保电池，但是电池性能并没有得到保证。

发明内容

本发明的目的提供一种具有多相材料复合锌负极及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种具有多相材料复合锌负极，所述具有多相材料复合锌负极的组分包括70～90wt％锌粉、10～30wt％碳材料和0～10wt％第三相材料，各组分质量百分比之和为100wt％；

所述碳材料为石墨、乙炔黑、活性炭粉中的至少两种，所述第三相材料为无机金属粉体，优选为铋、镓和铟中的至少一种。