專(zhuān)利名稱(chēng)：鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣的制備方法。
J.Yu[J.Yu.H.yang.X.Ai et al；J.Power Souroes 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(zhǎng)了電極壽命，其效果遠(yuǎn)好于使用Ca(OH)2與ZnO的混合物。
中國(guó)專(zhuān)利CN 1220779 A和Wang[Y-M Wang.et.al；J.Electrochem.soc.133.1869(1986)，Y-M.wang.J.Electrochem.soc.137.2800(1990)]和Sharma[R.A.Sharma.J.Electrochem.soc.135.1875(1988)，R.A.Sharma.J.Electrochem.soc.133.2215(1986)]等人給出了鋅酸鈣的化學(xué)制備方法。他們介紹的制備鋅酸鈣的方法需要在氫氧化鉀溶液中將ZnO、Ca(OH)2緩慢加入、并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，合成的產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)徹底洗滌、烘干以去除未反應(yīng)的氫氧化鉀等，其成本稿，工藝復(fù)雜，污染環(huán)境。
本發(fā)明的目的是提供一種鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣及其制備方法，本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)便，不用氫氧化鈉或氫氧化鉀，使得成本低廉且不污染環(huán)境。
鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣為化學(xué)式為Ca(OH)2·2Zn(OH)2·2H2O的晶體，它是經(jīng)過(guò)下述方法步驟制備(1)把Ca(OH)2、ZnO按鋅酸鈣化學(xué)式中的比例放入球磨罐中，加入適量水；(2)在氬氣氛保護(hù)下，球磨8～18小時(shí)；(3)在30～80℃下烘烤10～15小時(shí)。
所述的鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣的應(yīng)用是將它與Ca(OH)2、ZnO、pbO、Bi2O3、TiO2或石墨中的一種或幾種混合，用粘結(jié)劑(例如聚四氟乙烯)制成鋅電極應(yīng)用于各種以鋅為負(fù)極的二次電池。
把實(shí)例1、2合成得到產(chǎn)物做XRD分析，發(fā)現(xiàn)固相合成法與化學(xué)沉淀法制備的鋅酸鈣其主峰數(shù)據(jù)相吻合，說(shuō)明合成產(chǎn)物的純度較高。從兩種合成法合成鋅酸鈣的SEM圖可以看到固相合成法的產(chǎn)物晶粒更為細(xì)膩、均勻(見(jiàn)附

圖1、2)。此外，粒度分析數(shù)據(jù)顯示固相合成的鋅酸鈣的平均粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于化學(xué)沉淀法的產(chǎn)物，從而進(jìn)一步證實(shí)了本發(fā)明合成產(chǎn)物的品質(zhì)較高。
對(duì)比化學(xué)沉淀法和固相合成法制備鋅酸鈣的工藝，化學(xué)沉淀法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，樣品顆粒較大，后處理困難。在化學(xué)沉淀法制備鋅酸鈣時(shí)，由于堿性溶液在空氣中進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)20多小時(shí)的攪拌，會(huì)引起溶液中Ca(OH)2碳酸化，從而生成CaCO3。因?yàn)镃aCO3同樣是一種難溶化合物，所以難于通過(guò)洗滌的方式除去，從而造成樣品后處理難。固相合成法反應(yīng)時(shí)間短，工藝簡(jiǎn)單，樣品顆粒細(xì)，無(wú)需后處理步驟。固相合成法由于是在密閉容器中合成，不會(huì)產(chǎn)生CaCO3雜質(zhì)。由于在合成過(guò)程中無(wú)需使用KOH介質(zhì)，所以不僅節(jié)省了合成原料，而且省去了洗滌這一后處理步驟，防止了因洗滌不徹底而引入雜質(zhì)或因洗滌過(guò)甚而造成產(chǎn)品的流失。因此，固相合成法是制備鋅酸鈣的一種理想的方法。
為驗(yàn)證不同方法制備的鋅酸鈣的電化學(xué)性能，我們將分別采用化學(xué)沉淀法和固相合成法制備的鋅酸鈣制成鋅電極，進(jìn)行了充放電實(shí)驗(yàn)。以34mA/g(約0.1C)的電流密度充電15小時(shí)，然后分別以40mA/g、80mA/g和150mA/g放電至-0.75V(vs.HgO/Hg)。附圖3為分別以化學(xué)沉淀法和固相合成法制備的鋅酸鈣為電極材料，所制成的鋅電極在不同放電電流密度下的放電曲線(xiàn)。兩種方法合成的鋅酸鈣電極同時(shí)進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，因此具有可比性。從圖中可以看出，在每一相同放電電流密度下，固相合成法制備的鋅酸鈣電極與化學(xué)沉淀法制備的鋅酸鈣電極相比，其放電容量要高出15～20％左右，在150mA/g放電時(shí)，其放電容量已接近鋅酸鈣的理論放電容量(342mAh/g)，而且其放電曲線(xiàn)的電壓平臺(tái)略高于化學(xué)沉淀法制備的鋅酸鈣電極。
權(quán)利要求
1.一種鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣的制備方法，鋅酸鈣是化學(xué)式為Ca(OH)2·2Zn(OH)2·2H2O的晶體，其特征在于它是經(jīng)過(guò)下述方法步驟制備(1)把Ca(OH)2、ZnO按鋅酸鈣化學(xué)式中的比例放入球磨罐中，加入適量水；(2)在氬氣氛保護(hù)下，球磨8～18小時(shí)；(3)在30～80℃下烘烤10～15小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋅鎳二次電池負(fù)極材料鋅酸鈣的制備方法。按Ca(OH)
文檔編號(hào)H01M4/58GK1397498SQ0212908
公開(kāi)日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者楊化濱, 王曉丹, 楊恩東, 孟憲玲, 張海昌, 周作祥 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)