[发明专利]一种包覆铜、锡、铅或其合金的锌粉的制备方法

说明书

本发明涉及一种包覆铜、锡、铅或其合金的锌粉的制备方法，使铜盐、锡盐、铅盐中的一种或一种以上和锌粉在溶剂中进行置换反应生成包覆铜、锡、铅或其合金的锌粉，所述溶剂为无水溶剂。本发明通过控制溶液条件进行置换反应，避免了反应性强的水体系，从而在置换反应过程中不会产生大量氢气和热，包覆的金属层厚度可控，制备过程温和。并且制备出的包覆铜、锡、铅或其合金的锌粉可用于锌锰电池、碱锰电池、中性水溶液锌离子电池以及锌空电池等，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及一种包覆铜、锡、铅或其合金的锌粉的制备方法。

背景技术

人类社会迈入工业化以来，对煤和石油等矿物能源的需求巨大，随着煤和石油等不可再生能源的巨大消耗而资源日益缺乏。二氧化碳排放加剧的温室效应和日渐严重的空气、生态环境的污染已经对我们赖以生活的地球家园构成了较为严峻的威胁。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。可再生能源发电具有时差性和不稳定性，限制了其大规模并网利用。蓄电是解决可再生能源的不稳定性问题的一个有效方法，可实现可再生能源大规模应用。

化学蓄电池是电动工具、电动车、电网等储能的重要手段，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。电池具有良好的电性能，且容易做到环保清洁无污染，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。

锌基电池是化学蓄电池的重要分支，是化学电源的研发热点。锌的贮藏量丰富、价格便宜、比容量高，而且锌基电池的生产和使用不会对环境产生污染，是真正的绿色电池负极材料。由于具有这些优良特性，锌基电池，如锌镍二次电池、锌镍液流电池、锌溴电池等，备受研究者关注，成为储能电池的重要研发方向。

二次锌电极通常采用氧化锌(ZnO)粉和金属锌粉的混合物作为电极材料，一次锌电极通常采用金属锌粉作为电极材料。

在环保要求及国家支持下，电池锌粉无汞化等技术取得成功，有力支持和推动了中国锌基电池产业的发展。无汞锌粉的合金成分主要由铟、铋、铝、钙等合金组合。铟有较高的析氢过电位，能减缓锌的自溶，且使锌表面亲和性好，降低表面接触电阻；铋也是减缓锌的自溶；铝、钙的主要作用是改善锌的表面性能。铟、铋、铝、钙的组合还可以提高电池的放电容量。

金属锌粉在一次电池及二次电池中应用既作为活性物质部分参与放电(充放电)，又起到导电剂的作用。在一次电池中，金属锌粉放电产生的氧化锌或氢氧化锌将覆盖在金属锌粉外表面，放电到指定程度后导电性下降将影响锌粉的进一步放电，降低锌粉的容量利用率。二次电池中，金属锌粉放电时也发生如一次电池中类似的效果。另外，二次锌电极的氧化锌(ZnO)粉和金属锌粉的混合物充电时，因氧化锌导电性较差而与金属锌粉接触的氧化锌粉颗粒才易于充电，从而导致极化和锌电极充电不足而衰减等问题。

金属锌的熔点419.5℃，因此难以直接在金属锌粉外表面包覆碳等导电材料。文献(Electrochimica Acta 105 (2013) 40– 46)研究了氧化锌外包覆导电碳的技术及电池应用，但导电碳析氢电位较低。电镀及化学镀技术可以在锌板或锌箔表面沉积一层铜等金属或合金；但是锌粉比表面远大于箔材，在水溶液中采用电镀、化学镀及浸镀均产生大量氢气泡和热，导致很难在锌粉表面均匀沉积铜等金属或合金层。