一种负极材料、负极浆料及制备方法、负极极片及镍锌电池与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种负极材料、负极浆料及制备方法、负极极片及镍锌电池。

背景技术：

1、目前，商业化应用规模较大的镍锌电池主要有铅酸电池、镍锌电池和锂离子电池等。但是，他们都存在一定的局限性。例如，铅酸电池的低能量密度与环境有害特性使其面临淘汰；较低的工作电压和功率密度，以及有限的使用寿命制约了镍锌电池的推广应用；锂电池则受限于易燃且高粘度的有机电解液、高昂的制造成本和有限的锂、钴资源等，在规模化应用中存在较大的安全隐患，且快充快放能力差，成本居高不下。在已知的众多电池体系中，碱性镍锌电池作为绿色环保的水系电池，具有寿命长、电压高、内阻小等优点，是最可能满足上述要求的一类电池，其具有功率高、电极材料资源丰富、安全性能优异等优点，被认为是锂电池、铅酸电池和镍锌电池的有力竞争者与替代者。

2、尽管碱性镍锌电池有诸多优势，但由于镍锌电池自放电程度大，使镍锌电池在高温下，表现出欠佳的贮存性能。镍锌电池自放电现象的产生是因为在强碱性电解液中zn或zno产生不可逆的消耗。

3、现有技术中，通过在负极中添加铅、纤维素来降低镍锌电池自放电现象，从而提高镍锌电池存储性能；还可以在负极材料中添加氧化铋、氧化铟、氧化锡等来提高镍锌电池的寿命性能。

4、但上述改进方法通过改良负极或者电解液只是提高了镍锌电池的寿命或降低了镍锌电池自放电现象，但无法使两个性能达到平衡点，实现量产；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

技术实现思路

1、针对镍锌电池的寿命短且易发生自放电的问题，本发明提供了一种负极材料、负极浆料及制备方法、负极极片及镍锌电池。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供了一种负极材料，包括负极活性材料和负极添加剂，所述负极活性材料包括锌及锌的氧化物，所述负极添加剂包括锂皂石与聚醚改性硅油，所述锂皂石与所述聚醚改性硅油的质量比为1:10-10:1。

4、可选的，所述锂皂石与所述聚醚改性硅油的质量比为5:6-8:3。

5、可选的，所述负极添加剂还包括in2o3 、bi2o3 、al2o3 中的一种或多种。

6、可选的，以重量份数计，所述in2o3为0.1-1份；所述bi2o3为0.5-3份；所述al2o3为1-8份。

7、可选的，还包括导电剂、增稠剂、分散剂和粘结剂，以重量份数计，所述负极活性材料为78-98份；所述负极添加剂为1-10份；所述导电剂为1-2份；所述增稠剂为0.3-0.5份；所述分散剂为1-2份；所述粘结剂为3-5份。

8、所述分散剂包括聚丙烯酸钠(paana)、聚丙烯酸钾(paak)、聚丙烯酰胺(pam)中的一种或多种；

9、所述粘结剂包括丁苯橡胶(sbr)、聚四氟乙烯(ptfe)中的一种或多种；

10、所述导电剂包括活性炭、导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维中的一种或多种；

11、所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠（cmc）、羟乙基纤维素（hec）、羟丙基甲基纤维（hpmc）中的一种或多种。

12、本发明第二方面提供了一种负极浆料，包括上述所述的负极材料。

13、本发明第三方面提供了一种负极浆料的制备方法，包括依次进行的以下步骤：

14、向料筒中加入导电剂、增稠剂、分散剂并搅拌；

15、向料筒中分多次加入包括锌及锌的氧化物的负极活性材料并搅拌；

16、向料筒中加入粘结剂、锂皂石与聚醚改性硅油并搅拌，得到负极浆料；所述锂皂石与所述聚醚改性硅油的质量比为1:10-10:1。

17、可选的，还包括在向料筒中加入导电剂、增稠剂、分散剂并搅拌之后，以及在向料筒中加入负极活性材料之前进行的如下步骤：

18、向料筒中加入除锂皂石与聚醚改性硅油以外的负极添加剂并搅拌。

19、本发明第四方面提供了一种负极极片，包括如上述所述的负极浆料和负极集流体，所述负极浆料涂覆在所述负极集流体的至少一个表面。

20、可选的，所述负极集流体选自斜拉铜网、镀锡斜拉铜网、镀锌斜拉铜网、铜箔、镀锡铜箔中的任意一种。

21、本发明第五方面提供了一种镍锌电池，包括如上述所述的负极极片、正极片、隔膜和电解液，所述电解液由溶液a与溶液b混合而成，所述溶液a与所述溶液b的重量比为8-9：1，所述溶液a包括碱溶液和zno溶液，所述溶液b包括磷酸盐、硼源、有机表面活性剂中的一种或多种。

22、可选的，所述磷酸盐包括磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种；所述有机表面活性剂包括甘油、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、山梨醇中的一种或多种。

23、根据本发明提供的负极活性材料，通过在负极材料配备过程中加入锂皂石，锂皂石中的镁元素和硅元素在水系弱碱性条件下，在负极片上形成一层均匀的、极薄的含硅和镁的界面保护膜，减缓了碱性电解液对负极中锌及锌的氧化物的腐蚀，从而达到减缓镍锌电池自放电程度的效果，使镍锌电池表现出良好的高温贮存性能及循环稳定性能；经过改性的聚醚改性硅油，水溶性良好，应用到镍锌电池负极材料制备中，聚醚改性硅油的醚键增强了负极浆料的保水性，并且聚醚改性硅油具有一定的黏度，提高镍锌电池中负极活性物质与负极集流体的粘附力，能使负极浆料中的负极活性物质分散均匀，保证了负极片中负极活性物质分布的均匀性和一致性。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于：包括负极活性材料和负极添加剂，所述负极活性材料包括锌及锌的氧化物，所述负极添加剂包括锂皂石与聚醚改性硅油，所述锂皂石与所述聚醚改性硅油的质量比为1:10-10:1。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于：以重量份数计，所述负极活性材料为78-98份，所述锂皂石和聚醚改性硅油的总量为1-10份。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于：所述锂皂石与所述聚醚改性硅油的质量比为5:6-8:3。

4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于：所述负极添加剂还包括in2o3 、bi2o3 、al2o3 中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的负极材料，其特征在于：以重量份数计，所述in2o3为0.1-1份；所述bi2o3为0.5-3份；所述al2o3为1-8份。

6.根据权利要求1或4所述的负极材料，其特征在于：还包括导电剂、增稠剂、分散剂和粘结剂，以重量份数计，所述导电剂为1-2份；所述增稠剂为0.3-0.5份；所述分散剂为1-2份；所述粘结剂为3-5份；

7.一种负极浆料，其特征在于：包括如权利要求1～6任意一项所述的负极材料。

8.一种负极浆料的制备方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：

9.根据权利要求8所述的负极浆料的制备方法，其特征在于：还包括在向料筒中加入导电剂、增稠剂、分散剂并搅拌之后，以及在向料筒中加入负极活性材料之前进行的如下步骤：

10.一种负极极片，其特征在于：包括如权利要求7所述的负极浆料和负极集流体，所述负极浆料涂覆在所述负极集流体的至少一个表面。

11.根据权利要求10所述的负极极片，其特征在于：所述负极集流体选自斜拉铜网、镀锡斜拉铜网、镀锌斜拉铜网、铜箔、镀锡铜箔中的任意一种。

12.一种镍锌电池，其特征在于：包括如权利要求11所述的负极极片、正极片、隔膜和电解液，所述电解液由溶液a与溶液b混合而成，所述溶液a与所述溶液b的重量比为8-9：1，所述溶液a包括碱溶液和zno溶液，所述溶液b包括磷酸盐、硼酸、有机表面活性剂中的一种或多种。

13.根据权利要求12所述的镍锌电池，其特征在于：所述磷酸盐包括磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种；所述有机表面活性剂包括甘油、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、山梨醇中的一种或多种。

技术总结为克服现有镍锌电池的寿命短且易发生自放电的问题，本发明提供了一种负极材料，包括负极活性材料和负极添加剂，负极活性材料包括锌及锌的氧化物，负极添加剂包括锂皂石与聚醚改性硅油，锂皂石与聚醚改性硅油的质量比为1:10‑10:1；本发明通过在负极材料配备过程中加入锂皂石，锂皂石在负极片上形成一层均匀的、极薄的含硅和镁的界面保护膜，减缓了碱性电解液对负极中锌及锌的氧化物的腐蚀，从而达到减缓镍锌电池自放电程度的效果，使镍锌电池表现出良好的高温贮存性能及循环稳定性能；聚醚改性硅油醚键增强了负极浆料的保水性，提高镍锌电池中负极活性物质与负极集流体的粘附力，使负极浆料中的负极活性物质分布的均匀性和一致性。技术研发人员：徐倩群,郭威,刘金锁,廖兴群受保护的技术使用者：深圳市豪鹏科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20