專利名稱：一種刮漿制備鋅電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋅電池用鋅電極制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種刮漿制備鋅電極的方法。
背景技術(shù)：
目前，制作鋅電池用鋅電極的主要方法包括粉末壓成法、涂膏法及電沉積法。粉末壓成法制備鋅電極主要過程包括將含有粘結(jié)劑的鋅活性物質(zhì)直接壓于導(dǎo)電骨架上，模壓成型，該方法制備的電極厚度較厚，并且不均勻、強度差，電極在充放電過程中極化較大、變形嚴(yán)重，進而導(dǎo)致電池后期性能下降迅速，縮短電池壽命，并且不能連續(xù)化生產(chǎn)以及容易污染環(huán)境等不足；涂膏法制備鋅電極主要過程包括將活性物質(zhì)中加入適量的粘結(jié)劑，調(diào)成膏狀，涂于導(dǎo)電骨架上，模壓成型，該方法制備的鋅電極，活性物質(zhì)循環(huán)性能較好，但不能實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，質(zhì)量一致性水平較低；電沉積式制備鋅電極，需要消耗大量電能，一般只限于高速率放電的一次貯備電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種操作簡單、可連續(xù)化生產(chǎn)、制成的電極分布均勻性好、厚度薄，從而改善大電流密度放電性能的刮漿制備鋅電極的方法。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是刮漿制備鋅電極的方法，包括以下過程(1)按比例制備鋅漿先按質(zhì)量百分比為0.1％～5％將粘結(jié)劑加入到熱水中，攪拌至溶解并成透明狀粘結(jié)劑水溶液，冷卻至室溫；再按固體含量為鋅活性物質(zhì)質(zhì)量百分比0.2％～2％稱取粘結(jié)劑水溶液，將粘結(jié)劑水溶液和蒸餾水混合攪拌均勻后，加入含有添加劑的鋅活性物質(zhì)混合攪拌成鋅漿；
其中粘結(jié)劑為甲基纖維素MC、羧甲基纖維素鈉CMC、羥丙基甲基纖維素HPMC、聚乙烯醇PVA、聚環(huán)氧乙烷PEO、聚四氟乙烯PTFE及丁苯橡膠SBR的一種或幾種混合成的耐堿性粘結(jié)劑；鋅活性物質(zhì)為含質(zhì)量百分比0.5％～3％添加劑的鋅粉或氧化鋅粉或鋅粉與氧化鋅粉的混合物；其中添加劑為鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、鎵、銦、鉈、錫、鉛、鉍、鈦、鉻、鋯、鎘、汞、釔、鑭系元素等金屬及其氧化物或其氫氧化物中的一種或幾種混合物；(2)將混合成的鋅漿置于電極刮漿用裝置的漿槽中，導(dǎo)電骨架自下至上穿過漿槽，使導(dǎo)電骨架兩面粘上漿料，再穿過漿槽上面兩刮具的間隙，刮掉多余的漿料，制備出連續(xù)電極帶；(3)將連續(xù)電極帶烘干、輥壓后裁剪成所需尺寸的鋅電極片，然后將導(dǎo)耳處清洗干凈，再進行點焊或輥焊導(dǎo)耳，得到鋅電極。
本發(fā)明還可以采取如下技術(shù)措施來實現(xiàn)刮漿制備鋅電極的方法，將所述(1)中粘結(jié)劑水溶液加入淀粉溶液，攪拌均勻，然后再將含有添加劑的鋅活性物質(zhì)混合成鋅漿；其中淀粉溶液的配制方法是按1％～2％的質(zhì)量百分比稱取淀粉，將其慢慢加入到100℃的熱水中，攪拌2min后，冷卻至室溫。
刮漿制備鋅電極的方法，所述淀粉溶液固體質(zhì)量百分含量為鋅活性物質(zhì)的0.1％～1％。
刮漿制備鋅電極的方法，所述導(dǎo)電骨架為金屬拉網(wǎng)、金屬編織網(wǎng)、沖孔金屬網(wǎng)或泡沫金屬網(wǎng)之一種。
刮漿制備鋅電極的方法，所述(3)中導(dǎo)耳處清洗設(shè)備為干粉清洗機。
刮漿制備鋅電極的方法，所述導(dǎo)電骨架上的金屬為銀或銅或鎳或帶鍍層的銅，鍍層材料為鋅、鉛、銀、錫中一種，或帶鍍層的鎳，所述鍍層材料為鋅、鉛、銀、錫中一種。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是由于采用了刮漿制備鋅電極的方法，實現(xiàn)電極薄、均勻性好，強度好，具有良好的大電流密度放電性能，從而提高了電池的比功率和比能量。同時刮漿方法可以連續(xù)進行，操作簡單、能節(jié)省大量的人力物力，提高電極的質(zhì)量一致性水平及電池生產(chǎn)效率，同時對生產(chǎn)環(huán)境污染小，解決了目前傳統(tǒng)方法不能實現(xiàn)電極自動化連續(xù)生產(chǎn)的問題。


圖1為本發(fā)明刮漿制備鋅電極的裝置示意圖，圖2為本發(fā)明刮漿制備鋅電極的鋅電極剖視圖，圖3為本發(fā)明刮漿制備鋅電極的均勻性測試分布圖；圖4為本發(fā)明刮漿制備鋅電極與壓成式鋅電極均勻一致性比較圖；圖5為本發(fā)明刮漿制備鋅電極在166mA/cm2電流密度下的放電曲線。
圖中的標(biāo)號分別為1-漿槽；2-刮刀；3-導(dǎo)電骨架；4-鋅活性物質(zhì)。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲列舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參照附圖1-5實施例12％HPMC溶液的配制稱取2gHPMC粉，將其慢慢加入到98g80℃左右的蒸餾水中，不斷攪拌，直至溶解成透明狀，冷卻至室溫。
鋅漿的合成采用鋅粉或氧化鋅為鋅電極活性物質(zhì)，分別稱取2％HPMC溶液50g和蒸餾水60g，混合攪拌均勻后，將100g鋅活性物質(zhì)慢慢加入，并不斷攪拌直至均勻。
刮漿制備鋅電極將制備好的鋅漿裝入附圖1所示制備鋅電極刮漿裝置的漿槽1中、漿槽1上面設(shè)置有一對可調(diào)節(jié)間隙的刮刀2，將導(dǎo)電骨架3自上而下從漿槽中穿過。根據(jù)電極厚度調(diào)整刮刀間距，然后使粘有鋅漿的導(dǎo)電骨架3從帶有間隙的兩個刮刀2中間慢慢通過，將多余的鋅漿刮掉，即制備出均勻一致的鋅電極帶。將拉出的鋅電極帶經(jīng)干燥、輥壓、裁剪制成所需厚度和尺寸的鋅電極，最后采用干粉清洗機將導(dǎo)耳處清洗干凈，再進行點焊或輥焊導(dǎo)耳，得到刮漿制備的鋅電極。
實施例22％HPMC溶液的配制
2％HPMC溶液的配制同實施例1。
1％淀粉溶液的配制按1％的質(zhì)量百分比稱取1g淀粉，將其慢慢加入到99g 100℃的熱水中，攪拌2min后，自然冷卻至室溫。
鋅漿的合成采用鋅粉或氧化鋅為鋅電極活性物質(zhì)，分別稱取30g 2％HPMC溶液、30g 1％淀粉溶液和30g的蒸餾水，混合攪拌均勻后，將100g鋅活性物質(zhì)慢慢加入，并不斷攪拌，直至均勻。
刮漿制備的鋅電極參照附圖1、圖2。
刮漿制備鋅電極的制作過程同實施例1，導(dǎo)電骨架為拉伸銀網(wǎng)，電極尺寸為69mm×170mm。
刮漿試驗結(jié)果如圖2所示，采用該配方合成的鋅漿，可以制備出均勻的刮漿式鋅電極，鋅活性物質(zhì)4均勻分布在導(dǎo)電骨架1兩側(cè)。同時結(jié)果還表明鋅漿的粘附性和流動性較實施例1中的好。
對比例6％PVA溶液的配制稱取6g PVA粉，然后慢慢加入到94g 80℃左右的熱水中，不斷攪拌，直至溶解。
壓成式鋅電極的制備稱取10g 6％PVA溶液，并將其加入到100g鋅活性物質(zhì)4中進行合粉，然后直接鋪粉于拉伸銀網(wǎng)上，模壓成型。
實施例3鋅銀電池的制備將實施例2制作的鋅電極作為負極，相同尺寸的銀電極作為正極，隔膜采用水化纖維素膜，電解液采用質(zhì)量百分比濃度為40％的KOH溶液，制作成鋅銀電池。
刮漿式鋅電極均勻性測試
分別在實施例2和對比例制作的鋅電極上，按圖3所示的位置選取五點，裁成10mm×10mm的小片，并進行稱重，得到m1、m2、......m5。按如下公式(1)計算各點的質(zhì)量偏差百分數(shù)，然后根據(jù)各點的質(zhì)量偏差百分數(shù)來評價電極的均勻性。
wp=(mn-m‾m‾)×100%(n=1,2···5)---(1)]]>式中wp為質(zhì)量偏差百分數(shù)； 為五點切片的平均質(zhì)量；n為圖2所示的五點切片的代號。
測試結(jié)果與對比例中的壓成式鋅電極測試結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，壓成式鋅電極1的最大偏差為8.8％，最高點與最低點相差達17.4％；而刮漿式鋅電極2的最大偏差僅為1.2％，最高點與最低點相差2.2％。這表明，刮漿式鋅電極2與壓成式鋅電極1相比，其均勻性明顯提高。提高電極均勻性，可以降低電極的極化，提高活性物質(zhì)的利用率和電池的放電電壓，因此，采用刮漿方法有望制備出性能更優(yōu)越的鋅電極，大大提高鋅電池的綜合性能。
刮漿式鋅電極電性能測試將實施例2中制備的刮漿制備鋅電極與輔助銀電極組裝成的鋅銀電池，按1.1mA/cm2，轉(zhuǎn)4mA/cm2，轉(zhuǎn)1.1mA/cm2的充電制度進行充電至2.15V，然后以166mA/cm2的電流密度放電6min。放電曲線如附圖5所示。從附圖5中可以看出，刮漿式鋅電極具有良好的大電流密度放電性能。
雖然本發(fā)明刮漿制鋅電極的方法是用上述的實施例和附圖加以說明的，但是本發(fā)明并不限于實施例和附圖，刮漿制鋅電極的方法可用于鋅錳、鋅銀、鋅鎳、鋅-空氣等任何鋅電池制備。
權(quán)利要求
1.一種刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于包括以下過程(1)按比例制備鋅漿先按質(zhì)量百分比為0.1％～5％將粘結(jié)劑加入到熱水中，攪拌至溶解并成透明狀粘結(jié)劑水溶液，冷卻至室溫；再按固體含量為鋅活性物質(zhì)質(zhì)量百分比0.2％～2％稱取粘結(jié)劑水溶液，將粘結(jié)劑水溶液和蒸餾水混合攪拌均勻后，加入含有添加劑的鋅活性物質(zhì)混合攪拌成鋅漿；其中粘結(jié)劑為甲基纖維素MC、羧甲基纖維素鈉CMC、羥丙基甲基纖維素HPMC、聚乙烯醇PVA、聚環(huán)氧乙烷PEO、聚四氟乙烯PTFE及丁苯橡膠SBR的一種或幾種混合成的耐堿性粘結(jié)劑；鋅活性物質(zhì)為含質(zhì)量百分比0.5％～3％添加劑的鋅粉或氧化鋅粉或鋅粉與氧化鋅粉的混合物；其中添加劑為鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、鎵、銦、鉈、錫、鉛、鉍、鈦、鉻、鋯、鎘、汞、釔、鑭系元素等金屬及其氧化物或其氫氧化物中的一種或幾種混合物；(2)將混合成的鋅漿置于電極刮漿用裝置的漿槽中，導(dǎo)電骨架自下至上穿過漿槽，使導(dǎo)電骨架兩面粘上漿料，再穿過漿槽上面兩刮具的間隙，刮掉多余的漿料，制備出連續(xù)電極帶；(3)將連續(xù)電極帶烘干、輥壓后裁剪成所需尺寸的鋅電極片，然后將導(dǎo)耳處清洗干凈，再進行點焊或輥焊導(dǎo)耳，得到鋅電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于將所述(1)中粘結(jié)劑水溶液加入淀粉溶液，攪拌均勻，然后再將含有添加劑的鋅活性物質(zhì)混合成鋅漿；其中淀粉溶液的配制方法是按1％～2％的質(zhì)量百分比稱取淀粉，將其慢慢加入到100℃的熱水中，攪拌2min后，冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于所述淀粉溶液固體質(zhì)量百分含量為鋅活性物質(zhì)的0.1％～1％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于所述導(dǎo)電骨架為金屬拉網(wǎng)、金屬編織網(wǎng)、沖孔金屬網(wǎng)或泡沫金屬網(wǎng)之一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于所述(3)中導(dǎo)耳處清洗設(shè)備為干粉清洗機。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的刮漿制備鋅電極的方法，其特征在于所述導(dǎo)電骨架上的金屬為銀或銅或鎳或帶鍍層的銅，鍍層材料為鋅、鉛、銀、錫中一種，或帶鍍層的鎳，所述鍍層材料為鋅、鉛、銀、錫中一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種刮漿制備鋅電極的方法，本發(fā)明屬于鋅電池用鋅電極制備技術(shù)領(lǐng)域。刮漿制備鋅電極是將鋅活性物質(zhì)、添加劑與粘結(jié)劑的水溶液混合均勻，調(diào)成漿狀，然后將導(dǎo)電骨架通過漿槽，使其兩面粘上漿，再經(jīng)過具有一定間隙的刮刀，制備出鋅電極帶，再將鋅電極帶進行烘干、輥壓、裁剪到合適尺寸的鋅電極片，本發(fā)明的刮漿制備鋅電極具有活性物質(zhì)和添加劑分布均勻、放電電壓高、電極利用率高等優(yōu)點；其制備工藝具有操作簡便，易于實現(xiàn)機械化和自動化，提高質(zhì)量一致性水平及電池生產(chǎn)效率，對生產(chǎn)環(huán)境污染小等優(yōu)點。
文檔編號H01M4/04GK101087020SQ20061001424
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者孟憲玲, 武彩霞, 劉春 , 張健, 趙力群, 李廣森 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所