專利名稱：鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池負(fù)極材料的制備方法，特別是涉及一種鋅鎳電池負(fù)極材料鋅 酸鈣的微波制備方法。
背景技術(shù)：
堿性二次鋅鎳電池是比能量大、功率高、無污染、低成本的動力電源，引起了人們 的廣泛關(guān)注。目前限制鋅鎳電池實際應(yīng)用的問題在于鋅電極循環(huán)壽命短，使用過程中易產(chǎn) 生大量氣體。產(chǎn)生這些問題的原因在于鋅電極存在著形變、枝晶、鈍化、腐蝕等現(xiàn)象。為解 決鋅電極形變；美國專利US3516182提到在鋅電極中添加Ca (OH) 2，將Ca (OH) 2與ZnO混合制 造鋅電極以減輕鋅電極的形變；美國專利US5460899也提到在方型密封鋅鎳電池中使用由 &(011)2和ZnO制造的鋅電極可使電池獲得較長的循環(huán)壽命；這是因為在電池循環(huán)過程中 的放電階段，Ca(0H)2和ZnO會逐漸生成一種在堿性電解質(zhì)溶液中溶解度很小的物質(zhì)，即以 分子式 Ca (OH) 2 *2Zn (0H)2 .2H20 表示的鋅酸鈣。J. Yu [J. Yu. H. yang. X. Ai et al ;J. Power Sources 103 (2001) 93等人更進(jìn)一步研究了鋅酸鈣作為鋅鎳電池負(fù)極活性物質(zhì)的性能。他 們認(rèn)為鋅酸鈣電極在含飽和鋅酸鹽的堿性電解液中氧化還原反應(yīng)可逆性好，經(jīng)多周循環(huán)后 仍能保持良好的充放電能力。鋅酸鈣電極作為鋅鎳電池負(fù)極活性物質(zhì)可以降低溶液中鋅酸 鹽的溶解度，顯著延長了電極壽命，其效果遠(yuǎn)好于使用Ca (0H) 2和ZnO的混合物。專利CN 1220779和專利CN 1397498都采用固相合成法合成鋅酸鈣，其中前者是 在K0H溶液中對ZnO和Ca(0H)2進(jìn)行長時間的攪拌，合成的產(chǎn)品經(jīng)過徹底洗滌、烘干。后者 是在不加入強(qiáng)堿的情況下，利用球磨機(jī)的機(jī)械作用和熱效應(yīng)，使Zn0、Ca(0H)2和水反應(yīng)生成 鋅酸鈣。專利CN 100355120C采用將可溶性的鋅鹽和鈣鹽加入到不斷攪拌的堿性溶液中， 來制備鋅酸鈣。微波合成法是近年發(fā)展起來的材料制備方法。微波合成是利用微波加熱來合成材 料，利用微波獨特的波段與材料的基本結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生的材料介質(zhì)損耗使其材料整體加熱 的一種加熱方式，因而具有合成溫度低、合成時間短及能耗低、對環(huán)境友好，不存在溫度梯 度，對很多反應(yīng)體系具有加速化學(xué)反應(yīng)的效果等優(yōu)點。利用微波誘導(dǎo)加速某些化學(xué)反應(yīng)的 同時，也在探索能否將微波與物質(zhì)相互作用應(yīng)用于功能粉體的制備。微波加熱技術(shù)已經(jīng)廣 泛應(yīng)用于國防、材料、環(huán)境、食品、醫(yī)藥、農(nóng)林等行業(yè)，在其它領(lǐng)域的新應(yīng)用正在不斷拓寬。本 發(fā)明為改善以鋅酸鈣負(fù)極材料的鋅鎳電池的電化學(xué)性能，用微波合成法制備鋅酸鈣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本、放電容量高、循環(huán)性能好，能大大 的縮短鋅酸鈣的晶化時間的鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方 法，將鋅與鈣的摩爾比為3 1至1 1的ZnO和Ca (0H) 2碾磨和混勻，將ZnO和Ca (OH) 2 的均勻混合物加入到4 7mol/l的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器中，開啟微波發(fā)生器，升溫至100 130°C，保溫40 90min后自 然冷卻；傾去反應(yīng)液上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體；將白色 晶體在烘箱中干燥4 6小時即得到固體鋅酸鈣粉末。所述的微波發(fā)生器的微波功率范圍在500 1200W。采用上述技術(shù)方案的鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法，為驗證微波合成 的鋅酸鈣的性能，將材料制成鋅負(fù)極，組裝鋅鎳電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試，鋅負(fù)極的制備 采用傳統(tǒng)的極片制備流程——涂膏式。二次鋅電極活性物質(zhì)的組成鋅酸鈣(85wt%)， SnO(5wt% ),CMC(2. 5wt% ),球形石墨(2. 5wt% ),PTFE(5wt% )。按比例稱取活性物質(zhì)粉 末，混合均勻，加入適量的去離子水，和膏，涂于銅網(wǎng)上，并將其烘干后壓片。將制備好的鋅 負(fù)極和鎳正極組裝成鋅鎳電池進(jìn)行充放電性能測試。本發(fā)明的優(yōu)點在于與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明大大縮短了晶化時間，樣品合成僅需 幾十分鐘就可完成，極大簡化了工藝流程。與傳統(tǒng)方法相比，加熱迅速，合成時間短，降低能 耗，且較好的防止晶粒長大，雜晶少，電化學(xué)性能更加優(yōu)越。


圖1是本發(fā)明反應(yīng)裝置示意圖；圖2是本發(fā)明制備的鋅酸鈣的XRD圖；圖3是本發(fā)明制備的鋅酸鈣電極材料的充放電曲線圖。
具體實施例方式下面通過實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明實施例1 參見圖1，圖1是1、紅外測溫溫度顯示表，2、定時器，3、電源開關(guān)，4、功率調(diào)節(jié)旋 鈕，5、功率顯示表，6、微波腔體；稱取16. 2g ZnO和7.4g Ca (OH) 2進(jìn)行機(jī)械碾磨、混勻，將 ZnO和Ca (OH) 2的均勻混合物加入到5mol/l的氫氧化鉀溶液，高速攪拌分散，然后將混合物 加入微波反應(yīng)器中，開啟微波發(fā)生器，調(diào)節(jié)功率為600W，升溫至100°C，保溫60min后自然冷 卻，傾去反應(yīng)液上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體，將白色晶體在 烘箱中干燥5小時即得到固體鋅酸鈣粉末。從X射線粉末衍射圖(圖2)，可以看出，所合成 的鋅酸鈣材料是具有單斜晶系結(jié)構(gòu)，圖2與鋅酸鈣的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰相比較，發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)與標(biāo) 準(zhǔn)峰非常吻合。所得鋅電極材料的充放電曲線(圖3)表明鋅鎳電池的充電終止電壓值最 低為1. 996V ；放電電壓平臺在1. 60 1. 70V。實施例2:稱取20. 3g ZnO和7. 4g Ca (OH) 2進(jìn)行機(jī)械碾磨、混勻；將ZnO和Ca (0H) 2的均勻 混合物加入到6mol/l的氫氧化鉀溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器 中，開啟微波發(fā)生器，調(diào)節(jié)功率為800W，升溫至110°C，保溫50min后自然冷卻，傾去反應(yīng)液 上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體，將白色晶體在烘箱中干燥5 小時即得到二次堿性鋅電極材料鋅酸鈣。實施例3:稱取24. 3g ZnO和7. 4g Ca (OH) 2進(jìn)行機(jī)械碾磨、混勻；將ZnO和Ca (0H) 2的均勻混合物加入到5mol/l的氫氧化鉀溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器 中，開啟微波發(fā)生器，調(diào)節(jié)功率為1000W，升溫至120°C，保溫80min后自然冷卻；傾去反應(yīng) 液上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體；將白色晶體在烘箱中干燥 5小時即得到固體鋅酸鈣粉末。
實施例4 稱取12. 2g ZnO和7. 4g Ca (OH) 2進(jìn)行機(jī)械碾磨、混勻；將ZnO和Ca (OH) 2的均勻 混合物加入到7mol/l的氫氧化鉀溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器 中，開啟微波發(fā)生器，調(diào)節(jié)功率為1200W，升溫至130°C，保溫90min后自然冷卻；傾去反應(yīng)液 上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體。將白色晶體在烘箱中干燥4 小時即得到固體鋅酸鈣粉末。實施例5 稱取18. 8g ZnO和7. 4g Ca (OH) 2進(jìn)行機(jī)械碾磨、混勻；將ZnO和Ca (0H) 2的均勻 混合物加入到4mol/l的氫氧化鉀溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器 中，開啟微波發(fā)生器，調(diào)節(jié)功率為900W，升溫至125°C，保溫70min后自然冷卻；傾去反應(yīng)液 上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體；將白色晶體在烘箱中干燥6 小時即得到固體鋅酸鈣粉末。
權(quán)利要求
一種鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法，其特征是將鋅與鈣的摩爾比為3∶1至1∶1的ZnO和Ca(OH)2碾磨和混勻，將ZnO和Ca(OH)2的均勻混合物加入到4～7mol/l的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器中，開啟微波發(fā)生器，升溫至100～130℃，保溫40～90min后自然冷卻；傾去反應(yīng)液上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體；將白色晶體在烘箱中干燥4～6小時即得到固體鋅酸鈣粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法，其特征是所述 的微波發(fā)生器的微波功率范圍在500 1200W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋅鎳電池負(fù)極材料鋅酸鈣的微波制備方法，將鋅與鈣的摩爾比為3∶1至1∶1的ZnO和Ca(OH)2碾磨和混勻，將ZnO和Ca(OH)2的均勻混合物加入到4～7mol/l的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，攪拌分散成混合液，然后將混合液加入微波反應(yīng)器中，開啟微波發(fā)生器，升溫至100～130℃，保溫40～90min后自然冷卻；傾去反應(yīng)液上層清液，將殘留物洗滌至中性，再經(jīng)過抽濾，得到白色晶體；將白色晶體在烘箱中干燥4～6小時即得到固體鋅酸鈣粉末。本發(fā)明大大縮短了晶化時間，樣品合成僅需幾十分鐘就可完成，極大簡化了工藝流程。與傳統(tǒng)方法相比，加熱迅速，合成時間短，降低能耗，且較好的防止晶粒長大，雜晶少，電化學(xué)性能更加優(yōu)越。
文檔編號C01G9/00GK101928036SQ20101027581
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者童孟良 申請人:童孟良