[发明专利]一种多孔锌电极、其制备方法及包括其的锌空电池

说明书

本发明提供了一种多孔锌电极、其制备方法及包括其的锌空电池，所述的制备方法包括：以具有多孔结构的模板作为阴极，锌作为阳极，插入含钌源的电镀液中，在阳极和阴极之间施加电流进行电镀，模板表面沉积锌层，制备得到所述的多孔锌电极。本发明提供的多孔锌电极具有三维网络状的多孔结构，相比传统的孔径较为均匀的多孔材料，具有结构上的明显优势，以此作为锌空电池的金属阳极，可以进一步提高锌空电池的电荷量。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种多孔锌电极、其制备方法及包括其的锌空电池。

背景技术

随着科学技术迅速发展，人民生活水平的日益提高，使人们对电池产品的用途不断拓展，电池的用量迅猛增长。同时各种新型电子产品功能越来越全，功率越来越大，消耗的能量越来越高，对电池的品种和性能要求也不断提高。而目前市场上大量流行铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池，它们要么比能量偏低，要么价格偏高，很难满足市场需求。

锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电源。锌空气电池是一种半蓄电池半燃料电池。首先，负极活性物质同锌锰、铅等蓄电池一样封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧，理论上有无限容量，是燃料电池的典型特征。

其优势在于：(1)比能量大：锌空气电池的比能量是铅酸蓄电池的4～6倍，比锂离子电池比能量都大1倍，以其作为动力的电动汽车最大行程可达400km，而以同等质量的铅酸蓄电池装同样的车一般行程则不大于100km。(2)制造工艺简单，成本低廉：大批量成本约为300～500元/kVAh，比铅酸蓄电池的还低。(3)安全可靠：即使外部遇到明火、短路、穿刺、撞击等情况，都不会发生燃烧、爆炸。(4)环保：电池正极采用活性碳、铜网，负极采用金属锌，没有使用一些有毒害的物质。(5)可再生利用：锌电极使用完后，可通过再生还原得到再次使用。另外，锌电极也可以采用机械充电方式，即将用完后的锌电极从电池中取出，放入特制的槽中充电。锌空气电极可以重复使用多次，还可以制成直接充电的锌空气电池，简称二次锌空气电池。湖南丰日电源电气股份有限公司，曾研制出的二次锌空气电池，充电循环寿命达100次以上。(6)由于锌空气电池的充电主要是更换极板，所以极板的再生可以集中进行。极板的分发可以像商店那样布点，不必建立专用的充电站。这不但可以节约大量先期投资，而且给用户带来很多方便。

但同时，锌空气电池的弊端也较未明显，具体表现在：(1)使用成本相对高，充电过程相对复杂。因为锌空气电池通常都是机械充电方式，要求将锌电极取出在专用充电槽中充电，只有专业人员才能进行操作，给使用带来了麻烦，同时也提高了人工费用，造成实际运行成本的附加值较高。(2)实际使用寿命短，为1～2年，这主要不是因为电池的电化学性能差，而是电池的结构带来的影响。如电池的外壳是由塑料包覆空气电极而成，不是完整的塑料槽，因此给电池的密封带来了困难，不少电池在使用一定时间后就出现漏液现象。其次，锌空气电极必须制成多孔状，多孔的电极可以吸附氧气，但同时也吸附部分二氧化碳，使电解液碳酸盐化，致使电池的效率大大下降。(3)批量生产加工工艺不够成熟。这主要是催化膜和防水透气膜的制造，大多需要半机械操作，存在一些手工因素，导致电极性能有差异。(4)最棘手的问题是电池密封难，锌空气电池放电时需要源源不断的来自空气中的氧气进入电池，所以电池不是完全密封的，电池外壳留有一个或多个空气孔，因此电池内部与外部是相通的。如果空气电极，特别是防水透气膜做的不好的话，电池就很容易发生漏液，严重影响到锌空气电池的性能和质量。