一种电池锌负极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种电池锌负极材料的制备方法。该方法包括如下步骤：（1）纳米氧化锌表面负载碳硅、（2）纳米氧化锌定型、（3）锌材料常温胶结、（4）表面修饰聚集金属离子、（5）材料成型。本发明专利技术可以减缓电极工作中枝晶的生成、利于锌负极表面的枝晶脱落，防止枝晶的聚集降低电池的电能转换效率，使得利用本发明专利技术锌负极材料制作的电池放电稳定，电流转化效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种电池锌负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种电池锌负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]当前技术中关于电池锌负极的研究较多，如专利号为CN201510534765.8的一种锌负极材料的烧结制备方法，将包括有锌源和磷源的混合物在保护性气体的保护下，在550℃~850℃，恒温反应0.5h~48h，反应结束后，经冷却、粉碎，得到磷酸锌、焦磷酸锌与三聚磷酸锌的一种或其混合物的述锌负极材料；但是其制作中使用的锌来源单一，加入过多组分，导致使用中放电稳定性较差。又如专利号为CN201611191755.X的一种锌空气电池锌负极材料及其制备方法，负极材料包含金属锌粉、氧化锌粉、粘接剂以及由双层金属氧化物构成的一维管状结构的双功能添加剂，其制备方法是将金属锌粉、氧化锌粉、导电剂及双功能添加剂加入到含粘接剂的溶液中，超声分散处理，再在搅拌条件下，加热蒸发溶剂，得到锌负极材料，但是其偏重于电池容量，对于电池放电中锌负极的微观变化带来的影响并没有针对性设计，使得电池工作中锌负极容易结晶，导致电池的使用中放电效果并不理想。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供了一种电池锌负极材料的制备方法，以降低锌负极在电解液中的结晶，提高锌负极的使用时间，该方法包括如下步骤：（1）纳米氧化锌表面负载碳硅将硅橡胶、硅烷偶联剂、正己烷混合密封，在40
‑
50℃下浸泡20
‑
30min，将温度降低至15
‑
20℃，以30
‑
50r/min的速度搅拌5
‑
8min，得到混合液，在混合液中加入纳米氧化锌，经300
‑
500W的超声波分散20
‑
30min，将混合物在50
‑
55℃、0.3
‑
0.4个标准大气压下干燥10
‑
12h，回收正己烷，将干燥后的产物收集备用；（2）纳米氧化锌定型将上一步骤干燥后的产物在真空度为10
‑
15Pa下加热，以10
‑
15℃/min加热到1000
‑
1200℃，保温10
‑
15h，将温度降低后，将所得产物与其质量5
‑
8倍的超纯水混合，在30
‑
35℃下搅拌15
‑
20min，离心分离后，将沉淀物减压干燥得到表面负载碳硅的氧化锌；（3）锌材料常温胶结以质量份计，将表面负载碳硅的氧化锌80
‑
90份、锌粉3
‑
5份、花瓣状纳米氧化镧
0.1
‑
0.3份、微晶纤维素0.05
‑
0.08份混合均匀，加入200
‑
300份的聚四氟乙烯混合液中，搅拌速度700
‑
800r/min下搅拌30
‑
50min，在80
‑
90℃减压干燥并制备成细度80
‑
100目的粉末；（4）表面修饰聚集金属离子在氮气保护下，将上一步骤制备得粉末，放入其质量10
‑
15倍的0.1mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡20
‑
30min，过滤，再浸入氯化物溶液中，浸泡10
‑
15min，再将粉末置于氢氧化钾溶液中，浸泡3
‑
5min，过滤后置于氯化物溶液中浸泡3
‑
5min，将所得产物在80
‑
100℃干燥1
‑
2h；（5）材料成型以质量份计，将上一步骤的粉末80
‑
90份与1
‑
2份聚氨酯树脂、0.1
‑
0.3氧化铋、0.05
‑
0.08份氧化铟混合，在氩气保护下，加热到500
‑
600℃，烧结10
‑
15h即得所述电池锌负极材料。
[0006]进一步的，步骤（1）中，所述所述硅橡胶为细度200
‑
300目的生胶粉末。
[0007]进一步的，步骤（1）中，所述硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷中的任意一种。
[0008]进一步的，步骤（1）中，所述硅橡胶、硅烷偶联剂、正己烷的质量比为1
‑
3:0.1
‑
0.5:300
‑
320；所述混合液和纳米氧化锌的质量比为10:3
‑
5。
[0009]进一步的，步骤（4）中，所述氯化物溶液的制作方法为：以质量份计，将3
‑
5份氯化钙、1
‑
2份氯化镁溶于100
‑
120份水搅拌溶解即可；氯化物溶液质量为粉末质量的15
‑
20倍。
[0010]本专利技术的有益效果：本专利技术通过将硅橡胶、硅烷偶联剂溶解到正己烷中，形成均匀的溶液，使得加入纳米氧化锌之后溶液 可以均匀的覆盖在纳米氧化锌表面，在减压干燥后，纳米氧化锌的表面均匀分布着硅橡胶和硅烷偶联剂分子，便于下一步制作中碳硅的负载。
[0011]本专利技术通过将高温处理，使得氧化锌表面的硅橡胶和硅烷偶联剂分子直接分解，产生的碳颗粒和硅颗粒留在氧化锌表面，然后通过超纯水清洗，出去其他分解物，使得制备出来的表面负载碳硅的氧化锌纯度高，碳硅在氧化锌表面分布均匀。通过碳、硅在氧化锌表面减少氧化锌和电解液的接触，减缓电极工作中枝晶的生成。
[0012]本专利技术通过表面负载碳硅的氧化锌、锌粉、花瓣状纳米氧化镧、微晶纤维素、聚四氟乙烯混合，形成微观细度不同的晶体，使得电池工作中与电解液有更大的接触反应面积，以形成稳定的电流供应，同时，通过花瓣状纳米氧化镧的局部空腔和较好的电流效率，增强锌负极材料的微观硬度，提高锌负极材料的抗电子腐蚀效果，延长锌负极的使用时间，使得电池工作中有稳定的电流供应。而且，加入的微晶纤维在高温下分解，产生的气体利于锌负极材料微孔隙的形成，在原来的位置产生碳聚集，使得锌负极材料中枝晶形成时吸附碳粒子，降低枝晶的整体性，利于锌负极表面的枝晶脱落，防止枝晶的聚集降低电池的电能转换效率。
[0013]本专利技术通过将常温胶结后的粉末浸泡到氢氧化钾溶液中，使得粉末表面均匀覆盖氢氧化钾粒子，再将粉末浸泡到氯化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池锌负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：纳米氧化锌表面负载碳硅将硅橡胶、硅烷偶联剂、正己烷混合密封，在40
‑
50℃下浸泡20
‑
30min，将温度降低至15
‑
20℃，以30
‑
50r/min的速度搅拌5
‑
8min，得到混合液，在混合液中加入纳米氧化锌，经300
‑
500W的超声波分散20
‑
30min，将混合物在50
‑
55℃、0.3
‑
0.4个标准大气压下干燥10
‑
12h，回收正己烷，将干燥后的产物收集备用；（2）纳米氧化锌定型将上一步骤干燥后的产物在真空度为10
‑
15Pa下加热，以10
‑
15℃/min加热到1000
‑
1200℃，保温10
‑
15h，将温度降低后，将所得产物与其质量5
‑
8倍的超纯水混合，在30
‑
35℃下搅拌15
‑
20min，离心分离后，将沉淀物减压干燥得到表面负载碳硅的氧化锌；（3）锌材料常温胶结以质量份计，将表面负载碳硅的氧化锌80
‑
90份、锌粉3
‑
5份、花瓣状纳米氧化镧0.1
‑
0.3份、微晶纤维素0.05
‑
0.08份混合均匀，加入200
‑
300份的聚四氟乙烯混合液中，搅拌速度700
‑
800r/min下搅拌30
‑
50min，在80
‑
90℃减压干燥并制备成细度80
‑
100目的粉末；（4）表面修饰聚集金属离子在氮气保护下，将上一步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴清国，朱玉巧，汪晓俊，靳文超，
申请(专利权)人：浙江金鹰瓦力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：