[发明专利]一种锌镍电池负极锌铝水滑石的改性方法

说明书

本发明公开了一种锌镍电池负极锌铝水滑石的改性方法，以锌铝水滑石为基础，引入金属元素镓和钆，采用水热法制备锌铝镓水滑石和锌铝钆水滑石，通过煅烧锌铝镓水滑石和锌铝钆水滑石获得其氧化物，利用X射线衍射、扫描电镜、BET比表面积分析等表征手段分析了制备出的样品的晶体结构和微观形貌，利用电化学工作站对制备的锌负极进行半电池测试，并与烧结镍组装成全电池，改善了锌镍电池的放电性能以及循环性能；本发明提供了一种改性的水滑石制成的锌镍电池负极，通过本发明的改性方法可提升锌镍电池负极的耐腐蚀性以及提高电池的整体循环稳定性。

技术领域

本发明属于水滑石改性技术领域，具体涉及一种锌镍电池负极锌铝水滑石的改性方法。

背景技术

锌镍电池自诞生之日起，研究人员就对其做了大量研究，并将成果公布。自此，锌镍电池进入科学家的研究领域。随着科学技术的发展，不断有科学家研究锌镍电池，并获得了相应数据。随着能源危机的愈演愈烈，发展新的清洁能源刻不容缓，全世界范围内投入大量时间、金钱去研发新的化学电源。锌镍电池因其众多优点再一次进入人们的视野，为了提高锌镍电池放电电压平台，增加锌镍电池循环寿命，研究者们对锌镍电池的各个组成部分都进行了改性研究。国外对于各种电池的探索实验起步较早，因此取得了不错的业绩。美国的电化学公司，针对锌镍电池的各个组成部分都进行探索改进，在一定程度上改善了锌镍电池的比容量、循环寿命等。通用公司采用超润湿材料聚乙烯作为粘结剂，镀铅锡合金的铜材料作为锌负极的集流体，对于锌负极的活性物质也做了一些改进，通用公司还将锌镍电池的软包装进行了改进，可以改善其循环使用寿命。日本的汤浅公司对锌镍电池正负极材料、电解液和隔膜进行改性研究，并生产出了大容量的大型锌镍电池，申请了很多相关发明专利。日本某公司在镍正极中加入石墨作为导电剂来提高导电性能，还加入了新型粘结剂改善其机械强度，该公司还选用两种不同的隔膜应用在锌镍电池中。三星先进技术研究所是目前韩国研究锌镍电池的主要科研院所，该公司研究出了可以应用在电动汽车上的锌镍电池，此外，该公司研究人员还提出了小倍率递减充电制度，可以改善锌镍电池充电过程。

在锌镍电池正常的循环周期中，锌负极存在的主要问题是源于锌负极的活性物质溶解而导致锌枝晶的产生、电极形变、电极钝化及自腐蚀，制约着锌镍电池的进一步发展。

锌枝晶的产生机理是当锌负极中的部分活性物质溶解在电解液中，随着锌镍电池正常的工作进行，溶解物质会就近沉积在锌负极表面，随着不断地进行充放电过程，沉积物生长成针状，即为锌枝晶。锌枝晶很容易将锌镍电池的隔膜刺破，导致电池正负极直接接触，进一步引发电池内部短路，使得电池失效。锌负极的形变是由于锌负极的活性物质在循环过程中不断重新分布从而使得锌负极发生形变。锌负极的钝化也是与活性物质的溶解度有关，当电解液中存在部分锌酸盐，锌酸盐沉积在锌电极表面导致钝化。锌负极的自腐蚀会造成安全隐患。

为了解决上述技术问题的现有技术：

(1)锌酸钙：郑州大学采用不同制备方法，制备出不同形貌，不同结构的锌酸钙，将其应用在锌镍电池中可以改善其放电性能；还探索了球磨时间对锌酸钙的影响以及探索出了选用氢氧化钠作为球磨介质的最佳浓度。探索氢氧化钾溶液浓度作为球磨介质对锌酸钙形貌的影响，结果表明，氢氧化钾浓度低于40％时，可以制备出较好的锌酸钙，并且将六边形的锌酸钙应用到锌负极上，可以表现出较好的电化学性能。其次，在不同碱浓度下制备锌酸钙，可以合成结晶度较好的锌酸钙。采用水热法合成锌酸钙，将其应用在锌镍电池上，表现出较好的电化学性能。利用电化学的方法制备了锌酸钙，结果表明在一定程度上可以抑制锌枝晶的生长。