专利名称：一种锌空气电池用锌电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及电化学电源技术领域，尤其涉及一种锌空气电池用锌电极的制备方法。
背景技术：
目前，在电化学电源技术领域中，锌空气电池由于其独特的结构，具有比能量高、 放电电压稳定、安全性高、价格低廉、环境友好等优点，因而作为新型的储能装置一直是电化学研究领域关注的重点之一。锌空气电池的工作原理是锌为阳极活性物质，空气中的氧气为阴极活性物质，氢氧化钾为电解质；锌电极上发生锌氧化成氧化锌的阳极反应，空气电极上发生氧气还原成氢氧根的阴极反应。由于阴极反应物质为空气中的氧气，不需要储存在电池中，因此锌空气电池能提供较其他电池更多的能量。作为便携式移动设备电源，一般要求电池的体积小、重量轻、密封严、无气体或液体外溢、容量充足、使用中不燃不爆、能经受得住冲击震动。锌电极作为锌空气电池的负极，其性能的好坏将直接影响电池的放电性能(工作电压、放电电流、放电容量和输出功率等)和贮存性能。但在现有技术中，所使用的锌空气电池大多以锌膏、湿态锌板等作为锌电极，在制造装配过程中就已经加入电解质溶液，电池在储存及使用过程中存在自放电、电解质溶液碳酸化、失水或吸潮、爬碱和漏液等诸多问题，且电池的放电性能随着时间的延长出现明显的下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种锌空气电池用锌电极的制备方法，使用该锌电池的锌空气电池能够在贮存和使用过程中不会出现失水吸潮、漏液爬碱和电解液碳酸化等问题，大大延长了电池的使用寿命和贮存期。本发明的目的是通过以下技术方案实现的—种锌空气电池用锌电极的制备方法，所述锌电极由碱性电池用活性锌粉经干压成型，真空干燥处理后获得，具体包括如下步骤；1)将锌粉与缓蚀剂、粘结剂按质量比为100 (0.5 1.0) (2 10)的比例混合分散均勻后形成锌粉混合物；2)将所述锌粉混合物倒入铺有导电集流体的模具中，在5 15MPa的压力下压制成具有模具形状的锌电极；3)将所述具有模具形状的锌电极放入真空干燥箱中，在50 200°C的温度下加热 30 240分钟，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。所述锌粉混合物中缓蚀剂的质量为锌粉质量的0. 5 1. 0%，且所述缓蚀剂为无机缓蚀剂或有机缓蚀剂，具体包括氧化铟^2O3、氢氧化铟^(OH)3、氧化铊Tl2O3、氧化铅 I^bO、氧化镉CdO、氧化镓Ga2O3、氢氧化钙Ca(OH)2、含氟表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-20、聚乙烯醇中的一种或一种以上混合物。
所述锌粉混合物中粘结剂的质量为锌粉质量的2 10%，且所述粘结剂包括聚四氟乙烯PTFE、羧甲基纤维素CMC、羧甲基纤维素钠CMC-Na中的一种或一种以上混合物。
所述使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极，具体包括
关闭加热炉，真空干燥箱中的锌电极在真空环境中随炉自然冷却，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述锌电极由碱性电池用活性锌粉经干压成型，真空干燥处理后获得，具体包括如下步骤；1)将锌粉与缓蚀剂、粘结剂按质量比为 100 (0.5 1.0) O 10)的比例混合分散均勻后形成锌粉混合物；幻将所述锌粉混合物倒入铺有导电集流体的模具中，在5 15MPa的压力下压制成具有模具形状的锌电极； 3)将所述具有模具形状的锌电极放入真空干燥箱中，在50 200°C的温度下加热30 240 分钟，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。使用该锌电池的锌空气电池能够在贮存和使用过程中不会出现失水吸潮、漏液爬碱和电解液碳酸化等问题，大大延长了电池的使用寿命和贮存期。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供锌空气电池用锌电极的制备方法流程示意图2为本发明实施例所举出实例中使用该锌电极的锌空气电池的8A恒流放电曲线图3为本发明实施例所举出实例中使用该锌电极的锌空气电池的IOA恒流放电曲线图4为本发明实施例所举出实例中使用该锌电极的锌空气电池的15A恒流放电曲线图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，本发明所述锌空气电池用锌电极是由碱性电池用活性锌粉经干压成型，真空干燥处理后获得，如图1所示为本发明实施例所提供锌空气电池用锌电极的制备方法流程示意图，所述方法包括
步骤11 将锌粉与缓蚀剂、粘结剂按质量比为100 (0.5 1.0) O 10)的比例混合分散均勻后形成锌粉混合物；
在该步骤中，锌粉混合物中缓蚀剂的质量为锌粉质量的0. 5 1. 0%，且所述缓蚀剂为无机缓蚀剂或有机缓蚀剂，具体包括氧化铟αη203)、氢氧化铟(In(OH)3)、氧化铊 (Tl2O3)、氧化铅(PbO)、氧化镉(CdO)、氧化镓(Ga2O3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、含氟表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-20、聚乙烯醇中的一种或一种以上混合物。
锌粉混合物中粘结剂的质量为锌粉质量的2 10%，且所述粘结剂包括聚四氟乙烯PTFE、羧甲基纤维素CMC、羧甲基纤维素钠CMC-Na中的一种或一种以上混合物。
步骤12 将所述锌粉混合物倒入铺有导电集流体的模具中，在5 15MPa的压力下压制成具有模具形状的锌电极。
步骤13 将所述具有模具形状的锌电极放入真空干燥箱中，在50 200°C的温度下加热30 240分钟，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。
在具体实现过程中，所述使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极，具体包括
关闭加热炉，真空干燥箱中的锌电极在真空环境中随炉自然冷却，从而使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。
另外，通过上述制备方法获得的锌电极平时封装保存，或者组装成电池，而电解质溶液置于电池壳外部，不与电池中正负极接触，只有电池使用时快速注入电解质溶液从而激活电池。
通过上述制备方法获得锌电极之后，使用该锌电极的锌空气电池能够在贮存和使用过程中不会出现失水吸潮、漏液爬碱和电解液碳酸化等问题，大大延长了电池的使用寿命和贮存期，特别适用于作为军用或民用装备中的便携式移动设备用电源。
下面以具体的实例来对上述制备方法获得的锌电极，以及使用该锌电极的锌空气电池进行详细说明
实施例1
首先取0. 2g In(0H)3、0. 2g Cd0、lg羧甲基纤维素(CMC)与50g碱性电池用活性锌粉混合，经搅拌机搅拌后分散均勻。将形成的锌粉混合物倒入模具中，在5MPa的压力下干压成锌电极，然后放入真空干燥箱在100°C下加热60min，随炉冷却至室温制备成锌电极。
然后，将制备好的锌电极、空气电极组装成锌空气电池。使用时，通过电池壳顶部的注液口注入35 %的KOH电解质溶液，静置5min待电解液扩散均勻后，以8A电流进行恒流放电测试，设定终止电压为0. 9V，电池放电容量为27. 7Ah，平均电压为1. 08Vo最终获得锌空气电池的8A恒流放电曲线图如图2所示。
实施例2
首先取0. 5g In203、3g羧甲基纤维素(CMC)、3g聚四氟乙烯(PTFE)与IOOg碱性电池用活性锌粉混合，经搅拌机搅拌后分散均勻。将形成的锌粉混合物倒入模具中，在IOMPa 的压力下干压成锌电极，然后放入真空干燥箱在150°C下加热30min，随炉冷却制备成锌电极。
然后，将制备好的锌电极、空气电极组装成锌空气电池。使用时，通过电池壳顶部的注液口注入35%的KOH电解质溶液，静置5min待电解液扩散均勻后，以IOA电流进行恒流放电测试，设定终止电压为0. 9V，电池放电容量为55. 3Ah，平均电压为1. 09V。最终获得锌空气电池的IOA恒流放电曲线图如图3所示。
实施例3
首先取0.6g In(0H)3、0.3g Pb0、4g羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、4g聚四氟乙烯 (PTFE)与175g碱性电池用活性锌粉混合，经搅拌机搅拌后分散均勻。将形成的锌粉混合物倒入模具中，在15MI^的压力下干压成锌电极，然后放入真空干燥箱在120°C下加热45min， 随炉冷却制备成锌电极。
然后，将制备好的锌电极、空气电极组装成锌空气电池。使用时，通过电池壳顶部的注液口注入35%的KOH电解质溶液，静置5min待电解液扩散均勻后，以15A电流进行恒流放电测试，设定终止电压为0. 9V，电池放电容量为99. lAh，平均电压为1. 12V。最终获得锌空气电池的15A恒流放电曲线图如图4所示。
综上所述，本发明实施例所述的锌电极采用了碱性电池用活性锌粉，减少了锌电极的自放电，从而使锌电极的放电利用率有了明显的提高；同时采用压制成型后干燥处理制备而成，具有生产工艺简单、产品质量容易控制及产品成品率高等优点；另外，该锌电极在使用前单独储存或者组装成电池贮存，只有在使用电池时，才从电池注液口中注入配置好的电解质溶液激活电池，由于避免了锌电极与电解液的接触，在贮存过程中不会出现锌电极的自腐蚀放电，从而保证了电池高的电化学性能，有效延长了电池的贮存期限。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种锌空气电池用锌电极的制备方法，其特征在于，所述锌电极由碱性电池用活性锌粉经干压成型，真空干燥处理后获得，具体包括如下步骤；1)将锌粉与缓蚀剂、粘结剂按质量比为100 (0.5 1.0) O 10)的比例混合分散均勻后形成锌粉混合物；2)将所述锌粉混合物倒入铺有导电集流体的模具中，在5 15MPa的压力下压制成具有模具形状的锌电极；3)将所述具有模具形状的锌电极放入真空干燥箱中，在50 200°C的温度下加热 30 240分钟，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。
2.如权利要求1所述的锌空气电池用锌电极的制备方法，其特征在于，所述锌粉混合物中缓蚀剂的质量为锌粉质量的0. 5 1. 0%，且所述缓蚀剂为无机缓蚀剂或有机缓蚀剂，具体包括氧化铟In2O3、氢氧化铟(OH)3、氧化铊Tl2O3、氧化铅I^bO、 氧化镉CdO、氧化镓Gii2O3、氢氧化钙Ca (OH)2、含氟表面活性剂、十六烷基三甲基溴化铵、吐温-20、聚乙烯醇中的一种或一种以上混合物。
3.如权利要求1所述的锌空气电池用锌电极的制备方法，其特征在于，所述锌粉混合物中粘结剂的质量为锌粉质量的2 10%，且所述粘结剂包括聚四氟乙烯PTFE、羧甲基纤维素CMC、羧甲基纤维素钠CMC-Na中的一种或一种以上混合物。
4.如权利要求1所述的锌空气电池用锌电极的制备方法，其特征在于，所述使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极，具体包括关闭加热炉，真空干燥箱中的锌电极在真空环境中随炉自然冷却，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。
全文摘要
本发明公开了一种锌空气电池用锌电极的制备方法。所述锌电极由碱性电池用活性锌粉经干压成型，真空干燥处理后获得，具体包括如下步骤；1)将锌粉与缓蚀剂、粘结剂按质量比为100∶(0.5～1.0)∶(2～10)的比例混合分散均匀后形成锌粉混合物；2)将所述锌粉混合物倒入铺有导电集流体的模具中，在5～15MPa的压力下压制成具有模具形状的锌电极；3)将所述具有模具形状的锌电极放入真空干燥箱中，在50～200℃的温度下加热30～240分钟，使锌电极中的粘结剂固化粘结，获得所需锌电极。使用该锌电池的锌空气电池能够在贮存和使用过程中不会出现失水吸潮、漏液爬碱和电解液碳酸化等问题，大大延长了电池的使用寿命和贮存期。
文档编号H01M4/04GK102509774SQ201110332470
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者杨维谦, 王国庆 申请人:北京中航长力能源科技有限公司