[发明专利]一种多层锌电极及其在锌空气电池中应用

说明书

本发明为一种多层锌电极，包括集流体、锌电极A与锌电极B，锌电极A和锌电极B均以锌粉为活性材料制成；锌电极A中采用的锌粉A比表面积30cm²/g‑4m²/g；锌电极B中采用的锌粉B比表面积5cm²/g至小于30cm²/g。锌电极沿厚度方向或垂直于厚度方向采用不同粒径或形貌的锌活性物质，接近空气阴极测采用具有高比表面积的树枝状锌粉、锌纤维或超细锌粉，在初期放电时，由于此类锌粉的高比表面积，具有较高的放电活性，使得锌/空气电池在低温下能够顺利启动放电，在低温启动后通过电池结构的优化降低热量损失，从而使得锌/空气电池能够在低温下持续稳定放电；远离空气电极侧采用较低比表面积锌粉，从而降低锌电极析氢副反应，降低锌电极成本。

技术领域：

本发明涉及锌/空气电池，具体地说是一种多层锌电极及在锌空气电池中应用。

背景技术

锌/空气电池拥有高的质量比能量和体积比能量，同时由于金属锌资源丰富、价格低廉，因此锌空气电池在便携式移动电源、大型固定电站等方面均有十分广阔的应用前景。

但在低温下，锌/空气电池的放电性能急剧下降，限制了锌空气电池在野外极寒天气下的使用。锌/空气电池低温下的稳定工作依赖两个过程，即低温启动与低温稳定运行。

发明内容

本发明提出采用多层锌电极结构，锌电极垂直于集流体方向或平行于集流体方向采用不同粒径或形貌的锌活性物质。

采用垂直于集流体方向多层锌电极时，接近空气阴极测采用具有高比表面积锌粉(如树枝状锌粉、锌纤维或超细锌粉)，在初期放电时，由于此类锌粉的高比表面积，具有较高的放电活性，使得锌/空气电池在低温下能够顺利启动放电，在低温启动后通过电池结构的优化降低热量损失，从而使得锌/空气电池能够在低温下持续稳定放电；远离空气电极侧采用较低比表面积锌粉，从而降低锌电极析氢副反应，降低锌电极成本。

采用平行于集流体方向多层锌电极时，在电池工作时，冷空气从电池一侧进入并由另一侧排出，由于空气与电池温差的存在，使得电池及冷空气沿着平行于集流体方向呈梯度分布，接近进口处温度较低，接近出口处温度较高，若在接近进口处(温度较低处)采用具有高比表面积锌粉(如树枝状锌粉、锌纤维或超细锌粉)，在接近出口处(温度较高处)采用较低比表面积锌粉，由于高比表面锌电极具有较高的反应活性，使得电池沿平行于集流体方向的电流分布更加均匀。

此外，多层锌电极并非是将任意两种锌电极机械组合而成，两种锌电极间存在最适的组成、厚度/面积等关系，当锌电极A厚度/面积过小时，在低温启动时无法维持足够时间的放电，无法积累足够的热量使锌/空气电池启动，在实验中发现，锌电极B的厚度至多为锌电极A的10倍。对于锌电极的组成也有类似的关系，尽管锌电极A、B有着不同的粒径分布，但锌电极A的锌粉比表面积至少为锌电极B的15倍，否则，由于锌电极A、B的锌粉比表面积过于接近，使得其低温活性差异不大，无法实现低温启动与稳定运行。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多层锌电极，包括集流体、锌电极A与锌电极B，

锌电极A和锌电极B均以锌粉为活性材料制成；

锌电极A中采用的锌粉A比表面积30cm²/g-4m²/g；

锌电极B中采用的锌粉B比表面积5cm²/g至小于30cm²/g。

所述多层锌电极，包括下述情形中的一种，

第一种情形：于集流体的二侧表面依次设有锌电极A层和锌电极B层，锌电极B层置于集流体和锌电极A层之间；