[发明专利]锌负极材料和含有该锌负极材料的锌负极及锌二次电池

说明书

技术领域

本发明是关于碱性二次电池的负极材料、含有该负极材料的负极及碱性二次电池，尤其是关于一种锌负极材料、含有该锌负极材料的锌负极、使用该锌负极的锌二次电池。

背景技术

目前市场上的碱性二次电池主要有镉镍电池、金属氢化物镍电池、银锌电池、锌氧(改这锌空气)电池、锌二氧化锰电池和锌镍电池。镉镍电池、金属氢化物镍电池和锌镍电池均具有大电流放电性能好的特点，适合用在无绳电钻、无绳吸尘器、无绳割草机及电动航模飞机等电动工具和电动玩具上。但是，镉镍电池由于含有污染环境的重金属金属镉，目前正逐步退出市场，而且镉镍电池与金属氢化物镍电池的标称电压均只有1.2伏，电压较低。为了给电动工具或电动玩具供电，需要较多的电池进行组合才能达到电动工具和电动玩具的电压要求。例如，对于常规的电钻，工作电压为18伏，因此需要15只镉镍电池或15只金属氢化物镍电池串连起来才能达到所需的工作电压要求。另外，金属氢化物电池还具有价格过高的缺点。

而锌镍电池不但具有优良的大电流放电性能，而且还具有较高的标称电压，通常能达到1.5伏。因此，可以使用更少的电池给同样型号的电动工具或玩具供电，例如上文所述电钻只需12只同型号的锌镍电池。电池使用数量的减少一方面可以使电动工具或玩具的重量减轻，另一方面还有利于节约资源，尤其是有利于节约作为正极的价格昂贵的镍的消耗量。因此，锌镍电池正逐渐成为镉镍电池和金属氢化物镍电池的替代品。关于锌镍电池的研究也成为热点。但是，锌镍电池虽然具有大电流放电特性，但是也存在放电容量线性急剧下降的缺点。这种线性急剧下降主要是由锌电极形变引起的。为此，人们试图通过往锌负极上添加各种用于抑制电极形变的添加剂以抑制电池放电容量的急剧下降问题。

US 5460899公开了一种锌负极，该负极含有锌活性物质、15-40重量％的Ca(OH)₂和5-20重量％的导电剂，所述导电剂含有比锌活性物质更电正性的金属氧化物。所述金属氧化物可以是PbO、Bi₂O₃、CdO、Ga₂O₃和Ti₂O₃。

US 6797433B2公开了一种锌电极组合物，该组合物含有氧化锌、粘合剂和0.1-10重量％的氟化物，所述氟化物选自由氟化铍、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、氟化钛和氟化铝中的一种或几种。

上述添加剂在一定程度上能够抑制电池放电容量的下降，但是由于上述添加剂例如氢氧化钙或氟化物同时也导致电极内阻增大。本领域技术人员公知，由于锌镍电池负极的设计容量通常是正极设计容量的2.5-3倍，在电池充电末期当正极活性物质基本转变为充电态时，负极上由于设计容量高，就有很大部分处于放电状态的锌元素(通常是氧化锌)没有转变成充电态的金属锌，导致电极内阻较大，这是电池电极本身特性造成的，是不可避免的。由于上述两种使电极内阻增大的因素，使得电池在放电特别是大电流放电时，产生较严重的电阻极化，电压很快到达放电终止电压，锌电极电量不能被完全释放出来，即锌电极中处于充电状态的金属态的锌没有全部重新转变为放电状态的氧化态的锌。电池再一次充电时，再一次充电时产生的金属态的锌，与上一次放电过程中残余的金属态的锌一起使负极中金属态的锌含量升高，并使负极电阻减少，使得电池放电时，能比上一次放电放出更多的电容量并积累较多的放电态锌。第三次充放电时，则又重复第一次的情形。这种状况使得电池放电容量忽高忽低，波动非常大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的锌镍电池放电容量大幅波动的缺点，提供一种能够改善电池放电容量波动现象的锌负极材料、含有该负极材料的锌负极以及使用该负极的锌镍二次电池。

本发明提供的锌负极材料含有负极活性物质和选择性含有的导电剂，其中，所述负极材料还含有钙磷化合物，所述钙磷化合物的粒子直径不大于活性物质的粒子直径。

本发明提供的锌负极包括集流体和负载在集流体上的负极材料，其中，所述锌负极材料为本发明提供的锌负极材料。

本发明提供的锌二次电池，该电池包括极芯和碱性电解液，所述极芯包括正极、锌负极和位于正极和锌负极之间的隔膜层，其中，所述锌负极为集流体集流体本发明提供的锌负极。