一种电池负极、制备方法及电池与流程

本申请涉及电池材料，特别涉及一种电池负极、制备方法及电池。

背景技术：

1、目前锂电产品呈现出指数级上升的趋势，导致锂电池的材料成本居高不下。可充电水系镍锌电池以其低廉的原材料、高安全性和较高的能量密度，受到学术界和产业界的高度关注。

2、镍锌电池负极存在活性物质溶解的问题，同时受到析氢、腐蚀和锌枝晶的影响，库伦效率低，循环寿命尚不足，容量发挥受限。因此，迫切需要抑制活性物质溶解以及相应的副反应，以获得高性能的锌电池。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对现有极片负载量低、单极片容量不足、循环寿命短等问题提供一种具备三维立体导电网络、抗腐蚀性强、结构稳定、容量高，循环稳定性好的电池负极、制备方法及电池。

2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

3、本申请目的之一，提供一种电池负极的制备方法，包括：

4、将活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂混合得到初始粉末a；

5、将所述初始粉末a与第一溶剂混合搅拌，得到悬浊液b；

6、将所述悬浊液b、锌粉及氧化锌粉末混合搅拌得到浆料c；

7、将所述浆料c与碳基导电增韧剂混合搅拌得到浆料d；

8、将所述浆料d、所述氧化锌粉体和所述第二溶剂继续搅拌得到浆料e；

9、将所述浆料e与ptfe混合搅拌得到胶团f；

10、将所述胶团f挤压成型得到所述负极。

11、在其中一些实施例中，所述氧化锌与锌质量和、所述活性物溶解抑制剂、所述复混析氢抑制剂、所述稀土添加剂、所述碳基导电增韧剂、所述聚四氟乙烯粘结剂的质量百分比为50％～90％、4％～20％、2％～10％、0.5％～5％、0.5％～5％、3％～10％。

12、在其中一些实施例中，在将活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂混合得到初始粉末a的步骤中，所述活性物溶解抑制剂为氢氧化锶或氢氧化钡的一种或两种；所述复混析氢抑制剂为氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铝的混合物，所述氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铝的质量比例为4：3：2：1或2：2：1：1或3：3：3：1；所述稀土添加剂为氧化钆、氧化镧、氧化铌、氧化镨、氧化钪、氧化镥、氧化铽、氧化铕、氧化镱、氧化镓、氧化锗、氧化钕、氧化镝、氧化铥、氧化钬、氧化铒中的两种或两种以上。

13、在其中一些实施例中，在将所述初始粉末a与第一溶剂混合搅拌得到悬浊液b的步骤中及将所述浆料d、所述氧化锌粉体和所述第二溶剂继续搅拌得到浆料e的步骤中，所述第一溶剂及所述第二溶剂为乙醇、去离子水的至少一种。

14、在其中一些实施例中，所述第一溶剂的质量为所述初始粉末a质量的10％～50％，所述第二溶剂质量为所述初始粉末a质量的20％～50％，所述第一溶剂及第二溶剂的质量和为所述初始粉末a质量的30％～100％。

15、在其中一些实施例中，在将所述悬浊液b、锌粉及氧化锌粉末混合搅拌得到浆料c的步骤中，所述氧化锌的质量占整体氧化锌质量配比的5％～85％。

16、在其中一些实施例中，在将所述浆料c与碳基导电增韧剂混合搅拌得到浆料d的步骤中，所述碳基导电增韧剂为长切碳纤维、短切碳纤维、亲水碳纤维、疏水碳纤维、同相石墨、异相石墨、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或多种，所述混合搅拌的搅拌时间为10-60min。

17、在其中一些实施例中，所述碳基导电增韧剂为3-5um长度的碳纤维；所述搅拌时间为20min。

18、在其中一些实施例中，在将所述浆料e与ptfe混合搅拌得到胶团f的步骤中，具体包括：在所述浆料e中加入ptfe混合搅拌，ptfe分子链延展形成纤维化立体网状结构从而与粉体形成物理粘连，直至物料表面不粘连，得到胶团f，所述ptfe为质量浓度为5-60％的乳液，搅拌时间为5～120min。

19、在其中一些实施例中，在将所述胶团f挤压成型得到所述负极的步骤中，具体包括下述步骤：

20、将所述胶团f挤压至片状，再过辊压机分级辊压得到一定厚度的负极单片，将所述负极单片置于集流体两侧进行双面辊压压实，裁切后制得标准的负极极片。

21、在其中一些实施例中，所述分级辊压次数为3-12次，所述负极单片的厚度为200～800um，双面辊压后所得负极片厚度为300～1600um。

22、在其中一些实施例中，所述负极集流体为镀锡冲孔铜带、镀锡毛刺铜带、斜拉镀锡铜网、镀锌冲孔铜带、镀锌毛刺铜带、斜拉镀锌铜网中的一种。

23、本申请目的之二，提供了一种电池负极，所述的制备方法制备得到。

24、本申请目的之三，提供了一种电池，包括所述的电池负极。

25、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

26、本申请提供的电池负极、制备方法及电池，以活性物质、活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂、碳基导电增韧剂、聚四氟乙烯粘结剂为原料，先将活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂、在悬浊液中混合均匀，确保了其分散均匀性，再添加锌粉和一定量氧化锌使悬浊液转变成粘稠状浆料，之后加入碳基导电增韧剂，利用浆料粉体间摩擦剪切力将碳基导电增韧剂分散均匀，形成三维的导电网络，可以为锌基活性物质提供大量溶出/沉积反应活性位点，并且使得锌负极抗腐蚀性增强，锌负极容量和稳定性得以提升。此外，半干法工艺过程中ptfe能够在机械力作用下纤维化，制得的混料为胶团状，形似面团；工艺加工性强，极片负载量高，电极结构稳定；极片成膜性优异，极片厚度可控；锌负极容量和稳定性得以提升。且由于多种复混添加剂的使用能够同时有效缓解锌负极的活性物质溶解、析氢与腐蚀、变形与锌枝晶问题，从而增加电池的容量与循环寿命。

技术特征：

1.一种电池负极的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述氧化锌与锌质量和、所述活性物溶解抑制剂、所述复混析氢抑制剂、所述稀土添加剂、所述碳基导电增韧剂、所述聚四氟乙烯粘结剂的质量百分比为50％～90％、4％～20％、2％～10％、0.5％～5％、0.5％～5％、3％～10％。

3.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂混合得到初始粉末a的步骤中，所述活性物溶解抑制剂为氢氧化锶或氢氧化钡的一种或两种；所述复混析氢抑制剂为氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铝的混合物，所述氧化铟、氧化锡、氧化铋、氧化铝的质量比例为4：3：2：1或2：2：1：1或3：3：3：1；所述稀土添加剂为氧化钆、氧化镧、氧化铌、氧化镨、氧化钪、氧化镥、氧化铽、氧化铕、氧化镱、氧化镓、氧化锗、氧化钕、氧化镝、氧化铥、氧化钬、氧化铒中的两种或两种以上。

4.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将所述初始粉末a与第一溶剂混合搅拌得到悬浊液b的步骤中及将所述浆料d、所述氧化锌粉体和所述第二溶剂继续搅拌得到浆料e的步骤中，所述第一溶剂及所述第二溶剂为乙醇、去离子水的至少一种。

5.如权利要求4所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂的质量为所述初始粉末a质量的10％～50％，所述第二溶剂质量为所述初始粉末a质量的20％～50％，所述第一溶剂及第二溶剂的质量和为所述初始粉末a质量的30％～100％。

6.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将所述悬浊液b、锌粉及氧化锌粉末混合搅拌得到浆料c的步骤中，所述氧化锌的质量占整体氧化锌质量配比的5％～85％。

7.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将所述浆料c与碳基导电增韧剂混合搅拌得到浆料d的步骤中，所述碳基导电增韧剂为长切碳纤维、短切碳纤维、亲水碳纤维、疏水碳纤维、同相石墨、异相石墨、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或多种，所述混合搅拌的搅拌时间为10-60min。

8.如权利要求7所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述碳基导电增韧剂为3-5um长度的碳纤维；所述搅拌时间为20min。

9.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将所述浆料e与ptfe混合搅拌得到胶团f的步骤中，具体包括：

10.如权利要求1所述的电池负极的制备方法，其特征在于，在将所述胶团f挤压成型得到所述负极的步骤中，具体包括下述步骤：

11.如权利要求9所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述分级辊压次数为3-12次，所述负极单片的厚度为200～800um，双面辊压后所得负极片厚度为300～1600um。

12.如权利要求9所述的电池负极的制备方法，其特征在于，所述负极集流体为镀锡冲孔铜带、镀锡毛刺铜带、斜拉镀锡铜网、镀锌冲孔铜带、镀锌毛刺铜带、斜拉镀锌铜网中的一种。

13.一种电池负极，其特征在于，由权利要求1至11任一项所述的制备方法制备得到。

14.一种电池，其特征在于，包括权利要求12所述的电池负极。

技术总结
本申请提供的电池负极、制备方法及电池，以活性物质、活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂、碳基导电增韧剂、聚四氟乙烯粘结剂为原料，先将活性物溶解抑制剂、复混析氢抑制剂、稀土添加剂、在悬浊液中混合均匀，确保了其分散均匀性，再添加锌粉和一定量氧化锌使悬浊液转变成粘稠状浆料，之后加入碳基导电增韧剂，利用浆料粉体间摩擦剪切力将碳基导电增韧剂分散均匀，形成三维的导电网络，可以为锌基活性物质提供大量溶出/沉积反应活性位点，并且使得锌负极抗腐蚀性增强，锌负极容量和稳定性得以提升。此外，半干法工艺过程中PTFE能够在机械力作用下纤维化，制得的混料为胶团状，形似面团；工艺加工性强，极片负载量高，电极结构稳定；极片成膜性优异，极片厚度可控；锌负极容量和稳定性得以提升。

技术研发人员：韩翠平,齐佳伟,于李涛,赵春明,陈梓龙,成会明
受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17