[发明专利]一种锌电极及其制备方法、二次电池

说明书

本申请提供了一种锌电极及其制备方法、二次电池，其中锌电极包括集流体和形成于集流体上的负极材料，负极材料包括锌源物质、添加剂和粘合剂；其中，锌源物质包括以氧化态或还原态存在而且可在氧化态和还原态之间转化的锌源；添加剂包括第一金属组分和第二金属组分；第一金属组分包括还原为金属单质时的电化学还原电位比锌元素还原为锌单质时的电位正的金属元素中的一种或多种；第二金属组分包括还原为金属单质时的电化学还原电位比锌元素还原为锌单质时的电位负的金属元素中的一种或多种。本申请通过多种金属元素协同作用及相应的锌电极制作方法，改善了锌电极的沉积和变形问题，从而改善了锌电极的能量密度和循环寿命。

技术领域

本申请涉及锌基电池领域，具体而言，涉及一种锌电极及其制备方法、二次电池。

背景技术

碱性二次电池，尤其是镍锌电极，作为一种古老而又新颖的电池，因其高电压、高理论能量密度、低理论成本、环境友好等优点，百年来一直吸引着众多研究者孜孜不倦的探索及改进，但是，锌电极存在锌枝晶、钝化、电极变形、锌利用率低及衰减快等问题，相比同是使用镍电极作为正极的镍镉电池和镍氢电池，始终综合性能欠缺，发展缓慢，难以有效产业化。

近二十年来，针对锌电极的改进研究及成果，多集中在两方面，一方面是降低电解液中锌的溶解度但往往同时增加了锌电极过程的阻抗，另一方面是使用微孔膜抑制锌枝晶，这两方面结合起来从一定程度上缓解或抑制了锌枝晶和电极变形问题，使得镍锌电极勉强可以批量生产，从一定程度上提高了电压和循环寿命，但是其循环寿命往往在三四十圈到两三百圈不等，可控程度低且一致性差。然而，在实际产业化过程中，一般主要采取锌电极远远过量的策略，以缓解锌电极钝化及衰减快的问题，但是往往会加剧锌利用率低的弊端，严重偏离高理论能量密度和低理论成本的设计初衷。同时，通过添加铅、镉、汞等重金属元素可以改善锌电极性能的方式，但是铅、镉、汞等重金属元素会对环境造成污染，需要对电池进行回收，加大了废旧电池处理的难度。

因此，目前如何减缓锌电极的钝化、衰减的问题并提高锌电极的能量密度和循环寿命，依然是在锌电极产业化应用方面亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种锌电极及其制备方法，能够改善锌电极钝化、衰减、利用率低的问题。

本申请的另一个目的在于提供一种二次电池，该二次电池相较于其他二次电池，具备更高的能量密度以及更低的成本，稳定性更好。

本申请是采用以下技术方案实现的：

在第一方面，本申请提供了一种锌电极，包括集流体和形成于集流体上的负极材料，负极材料包括锌源物质、添加剂和粘合剂；

其中，锌源物质包括以氧化态或还原态存在而且可在氧化态和还原态之间转化的锌源；

添加剂包括第一金属组分和第二金属组分；第一金属组分包括还原为金属单质时的电化学还原电位比锌元素还原为锌单质时的电位正的金属元素中的一种或多种；第二金属组分包括还原为金属单质时的电化学还原电位比锌元素还原为锌单质时的电位负的金属元素中的一种或多种。

进一步地，在本申请较佳实施例中，锌源物质是锌单质、锌盐、氧化锌和氢氧化锌中的一种或多种。

进一步地，在本申请较佳实施例中，在负极材料中，锌源物质占负极材料质量的47-96wt.％，优选为70-90wt.％；和/或，添加剂占负极材料质量的2-43wt.％，优选为5-20wt.％。

进一步地，在本申请较佳实施例中，第一金属组分包括铋、铟、锡、钴或钨元素，第二金属组分包括铬、锰、铝、镁、钛或稀土元素。

进一步地，在本申请较佳实施例中，添加剂包括1～10wt％铋、0～10wt％锰、0～5wt％镁、0～5wt％铝、0～5wt％铬、0～5wt％锡、0～2wt％钛、0～2wt％钴、0～2wt％钨、0.01～2wt％铟和0～5wt％稀土；