一种改性电池锌粉及其制备方法与流程

本技术涉及电池负极材料领域，尤其是涉及一种改性电池锌粉及其制备方法。

背景技术：

1、锌基电池具有成本低、绿色环保、安全性好、电化学性能优异等优势，广泛应用于碱性锌锰电池、水系锌离子电池等储能及民用电源领域。锌粉是锌基电池负极的核心活性材料，其表面结构、导电性及界面稳定性直接决定电池的放电容量、自放电性能与循环寿命，因此锌粉改性是提升锌基电池综合性能的关键技术方向。

2、现有商用原生锌粉表面存在大量晶格缺陷等高活性位点，表面均匀性较差。电池工作过程中，锌粉表面高活性位点易与电解液发生腐蚀、析氢等副反应，造成电池自放电严重、容量衰减快，还易诱发锌枝晶生长，破坏电极界面，缩短电池使用寿命。

技术实现思路

1、本技术提供了一种改性电池锌粉及其制备方法，旨在改善现有锌粉存在大量高活性位点、容易发生腐蚀和析氢等副反应，造成电池容量衰减快的问题。

2、第一方面，本技术提供的一种改性电池锌粉如下：

3、一种改性电池锌粉，所述改性电池锌粉包括锌粉基体和原位生长于所述锌粉基体表面的非连续性氧化层，所述非连续性氧化层为呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，其中，所述锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积占比为15%~60%，所述氧化锌颗粒的粒径范围为50nm~800nm。

4、本技术通过在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，并且确保锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积占比为15%~60%，可提升改性电池锌粉的比表面积，并钝化锌粉基体表面的高活性缺陷位点，弱化电池自放电现象，同时，锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积至少保留15%，可满足锌粉基本的导电性和电化学活性。

5、优选的，所述锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积占比为20%~40%。

6、优选的，所述氧化锌颗粒的粒径范围为100nm~500nm。进一步优选的，所述氧化锌颗粒的粒径范围为200nm~400nm。

7、第二方面，本技术提供的第一种改性电池锌粉的制备方法如下：

8、一种改性电池锌粉的制备方法，用于上述任意一项所述的一种改性电池锌粉，包括以下步骤：

9、s11、取电池级锌粉原料，通过筛分、风选去除粗颗粒与超细浮粉，获得纯净均一的锌粉基体；

10、s12、将s11步骤获得的锌粉基体以0.5kg/min~10kg/min的送粉速度送入热处理舱内部中，同步往热处理舱内喷射氧气体积分数为1%~15%、温度为100℃~400℃的混合热气流对锌粉基体进行热气改性，以在锌粉表面原位生长成非连续性氧化层；所述混合热气流与所述锌粉基体的体积质量比为0.01m3/kg~0.15m3/kg；

11、s13、通入冷却气体将s12步骤得到的粉体冷却至室温；

12、s14、将s13得到的粉体进行气流分级、筛分除团聚，在惰性保护气氛下密封封装，获得改性电池锌粉。

13、本技术提供的第一种改性电池锌粉的制备采用喷射热气干法处理工艺对锌粉基体进行改性，通过控制混合热气流的温度、混合热气流的氧气体积分数、锌粉基体的送粉速度，同时配合冷却定型步骤，在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，即改性电池锌粉表面不形成连续氧化膜，不构成核壳包覆结构，既可钝化锌粉基体高活性缺陷，又可通过锌粉基体表面的氧化锌结构有效提升比表面积，优化电极电解液浸润性、均匀锌离子沉积位点、抑制电池循环充放电过程中析氢或锌枝晶生长等副反应，显著提升电池放电性能、倍率性能及循环稳定性。

14、其中，常规的液相有机钝化、高锰酸钾钝化等湿法工艺会覆盖粉体表面活性位点，降低比表面积，牺牲电池放电性能与倍率性能，同时还容易带入杂质。而采用本技术上述喷射热气干法处理工艺对锌粉基体进行改性，无需添加任何液相化学试剂，无杂质残留，且批次稳定性高，可直接适配现有雾化锌粉工业化生产线，改造成本低，并且能同时适配无汞碱锰电池用不规则锌粉与水系锌基电池用球形锌粉的改性，通用性强。

15、优选的，所述锌粉基体的送粉速度为3-7kg/min。

16、优选的，所述混合热气流的温度为340℃~360℃。

17、优选的，所述混合热气流的氧气体积分数为2%~7%，所述混合热气流与所述锌粉基体的体积质量比为0.03m3/kg~0.07m3/kg。

18、本技术通过优选混合热气流与所述锌粉基体的体积质量比，有利于在锌粉基体表面原位生成粒径分布在200-400nm且均匀弥漫分布的氧化锌颗粒，同时，锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积占比控制在20%~40%，可进一步均匀锌离子沉积位点，从而引导水系锌基电池充放电过程中锌离子有序、均匀地沉积，抑制枝晶生长，显著提升水系锌基电池的安全性和循环稳定性。

19、优选的，s13步骤中，冷却采用两级梯度冷却模式，其中，一级冷却通入温度为30±5℃的冷却气体，二级冷却通入温度为10±5℃的冷却气体。本技术优选采用两级梯度的缓冷冷却模式，以防氧化锌颗粒异常长大与粉体团聚。

20、第三方面，本技术提供的第二种改性电池锌粉的制备方法如下：

21、一种改性电池锌粉的制备方法，用于制备上述任意一项所述的一种改性电池锌粉，包括以下步骤：

22、s21、原料预处理：取电池级锌粉原料，通过筛分、风选去除粗颗粒与超细浮粉，获得纯净均一的锌粉基体；

23、s22、将s21步骤获得的锌粉基体置入热处理炉中，锌粉基体的铺设厚度为5mm~15mm，按8℃/min~12℃/min的升温速度升温至300℃~500℃保温，保温时间按所述锌粉基体的铺设厚度计为0.2h/mm~1h/mm，然后自然冷却、筛分，在惰性保护气氛下密封封装，得到改性电池锌粉。

24、本技术提供的第二种改性电池锌粉的制备同样采用热处理方法，不同点在于本技术锌粉基体的热处理在热处理炉（如马弗炉）中进行，该法通过严格控制锌粉基体的铺设厚度、处理温度以及保温时间，也能够在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，但与上述喷射热气的干法工艺处理相比，改性效率较低。

25、优选的，锌粉基体的铺设厚度为5mm~10mm。

26、综上所述，本技术至少包括以下有益技术效果：

27、（1）本技术通过在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，并且确保锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积占比为15%~60%，可提升改性电池锌粉的比表面积，并钝化锌粉基体表面的高活性缺陷位点，同时，锌粉基体表面裸露金属锌区域的面积至少保留15%，可满足锌粉基本的导电性和电化学活性。

28、（2）本技术采用喷射热气干法处理工艺制备目标改性电池锌粉，并通过控制混合热气流的温度、混合热气流的氧气体积分数、锌粉基体的送粉速度，同时配合冷却定型步骤，在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒，即改性电池锌粉表面不形成连续氧化膜，不构成核壳包覆结构，既可钝化锌粉基体高活性缺陷，又可通过锌粉基体表面的氧化锌结构有效提升比表面积，优化电极电解液浸润性、均匀锌离子沉积位点、抑制电池循环充放电过程中析氢或锌枝晶生长等副反应，显著提升电池放电性能、倍率性能及循环稳定性。

29、（3）本技术还可以采用热处理炉进行改性电池锌粉的制备，该法通过严格控制锌粉基体的铺设厚度、处理温度以及保温时间，也能够在锌粉基体表面原位生成呈点状均匀分布的氧化锌颗粒。

30、（4）常规的液相有机钝化、高锰酸钾钝化等湿法工艺会覆盖粉体表面活性位点，牺牲电池放电性能与倍率性能，同时还容易带入杂质。而采用本技术上述喷射热气干法处理工艺或热处理炉干法热处理工艺对锌粉基体进行改性，无需添加任何液相化学试剂，无杂质残留，且批次稳定性高，并且能同时适配无汞碱锰电池用不规则锌粉与水系锌基电池用球形锌粉的改性，通用性强。