一种碱性锌锰电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学领域，涉及一种碱性锌锰电池及其制备方法。本发明专利技术的碱性锌锰电池采用有机氟化合物对电池的正极和负极材料均进行改性，将聚四氟乙烯蜡微粒掺杂于正极中，作为电解锰和石墨粉的粘合剂，利用其自身的高化学稳定性，使电池正极环的稳定性大大增强；将含全氟壬烯氧基苯磺酸钠的电解液分散于负极锌粉中形成保护膜，在电池不放电的情况下，能够抑制锌粉的电化学腐蚀反应，阻碍了锌粉的腐蚀，因此有效地减小电池的自放电和析气量。本发明专利技术碱性锌锰电池具有大电流放电稳定、贮存期长、析气量低的特点，解决了现有的碱性锌锰电池高倍率放电性能差，锌－镍电池自放电现象严重、电池贮存期短等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学领域，涉及一种电池，尤其是。
技术介绍
当前越来越多高耗电便携式多功能电子产品进入市场，如数码相机、电动牙刷、电 动剃须刀、闪光灯和遥控电动玩具等等。消费者需要选择大功率、大容量电池来满足其使用 要求，普通碳性电池和目前一般碱性锌锰电池很难满足高耗电电子产品的性能要求。锂电 池虽然具有高容量、大电流的性能，但由于其使用无水有机电解液，电池易燃易爆事故常有 发生，而且价格昂贵，所以大多数消费者对这种一次性锂电池选择不是太多。最近新上市的 一次性锌-镍电池因其大电流输出功率的电化学特性，较为适合应用在数码相机上。该电 池开压为1. 72 1. 74V，对于一般的1. 5V电池设计的电子产品使用存在不安全因素，易造 成电子产品的损坏，因而消费者的选择受到限制。锌-镍电池与普通碱性电池比较，因镍 矿资源的缺乏，电池的生产成本偏高；作为不可充电池一次性使用，务必大量浪费贵重的资 源。如中国专利技术专利ZL200810306304. 5公开了一种高稳定大电流碱性电池及其制造方法， 该电池是用混合的多元素金属氧化物作为正极的主要材料，以减少氧化镍的使用量。选用 改性二氧化锰掺混在羟基氧化镍(NiOOH)正极材料中，降低了生产成本又改善锌-镍电池 各方面的电化学性能。碱性锌锰电池，正极主要是MnO2与石墨，加入适量的粘合剂和KOH电解液混合均 勻，经过压片、造粒、打环形成的环式结构的正极混合物；而负极主要是锌粉、水溶性聚合物 和KOH电解液组成的浆状负极混合物。碱性锌锰电池与普通的碳性电池结构并不一样，普 通碳性电池是将锌筒作为电池负极，而碱性锌锰电池的负极是用细的锌合金粉与水溶液聚 丙烯酸，加入38%左右的KOH强碱电解液制成的锌膏。锌锰电池中的锌因强碱电解液的腐蚀 而容易引起电池的自放电，主要原因是锌负极溶解的条件是体系中存在一对共轭反应，在 Zn-Mn-H2O体系中，共轭反应是由析氢反应和锌的阳极氧化反应构成的，反应式为Zn+20H =ZnO22-+H2个。随着电池产品储存时间的延长，慢慢产生H2，同时降低电池的放电容量，降 低电池的产品质量，并且产生不安全因素，如电池产品的气胀而容易发生碱性锌锰电池中 碱性电解液的泄露等。在早期碱性锌锰电池生产中，在负极混合物中添加少量汞，形成汞齐化锌粉来提 高锌的析氢过电位，抑制锌负极的腐蚀，减少电池的自放电，从而保证了电池产品的质量。 而汞的添加造成了环境方面的负面影响，大量汞的使用危害人类的身体健康，因而当前碱 性锌锰电池的生产已经禁止在负极锌粉中添加汞来提高电池产品的质量。为了实现锌锰电 池的无汞化，选用析氢过电位较高且又不污染环境的金属元素代替汞，如In、Bi、Sn、Al等。 这些元素添加到锌粉中，形成锌合金可以减少锌粉的腐蚀。目前电池产品要符合大功率数码用电器的输出特性，锌粉种类的选择至关重要。 锌粉的粒度及其分布直接影响无汞碱性锌锰电池的性能，粒度大的锌粉制成的电池经过放 电后，ZnO扩散困难，在碱性电解液的作用下易引起锌粉负极的钝化；锌合金粉粒度过细，比表面积大，锌粉活性过大，使锌粉析气量增大，从而电池的自放电增大，影响电池的贮存 性能并导致爬碱。一般选择锌粉的粒径范围在75 500 μ m，但为了提高碱性锌锰电池大电 流放电的特性，同时加入75 μ m以下的细锌粉，使得负极锌粉的比表面积大大增加，同时也 提高了锌粉的析气量和电池的自放电。目前生产电池的负极使用的是用铟、铋、铝等与锌混 合熔炼而成的锌合金粉，以此起到了对锌粉的缓蚀作用，从而减少了锌粉的析气量。虽然这 些无机金属元素可替代汞的加入，但过量的加入也会使锌合金粉表面钝化，影响电池产品 大电流放电的性能。锌负极汞齐化除了有抑制锌腐蚀作用外，由于形成的汞齐化膜均勻覆 盖在锌粉表面，使得电池反应的生成物ZnO不易停留在锌的表面，因此电池的放电可以连 续进行。同时，汞齐化锌接触电阻小，可以提高导电性，改善放电性能，提高了电池的耐冲击 性。虽然在锌粉中适量加入铟、铋、铝等无机金属元素而形成的固体合金对锌粉腐蚀起到了 一定的抑制作用，但是这些元素过量地加入对大电流放电性能也是有影响的。如铋的加入 量要适当，因为放电时锌粉的析气量随铋量的增加而减小，但过放电时，锌粉的析气量随铋 量的增加而增大。近年来，在电池生产上使用有机缓蚀剂均勻地添加在锌粉中，形成负极锌 粉混合物，来改善负极锌粉的放电性能。如烷基磺酸类、有机磷酸酯、阳离子季铵盐等，这些 有机缓蚀剂对锌粉在碱性电解液下起到了缓蚀作用，并且能够提高锌电极的过电位。无机 缓蚀剂和有机缓蚀剂的协同使用，大大抑制了锌合金负极的析气量的产生，延长了电池的 储存期，而且又不影响电池的电化学性能。如何提高碱性锌锰电池的产品质量，特别是大电流、高稳定的锌锰电池性 能，以及碱性锌锰电池原材料的选用和筛选，是目前电化学研究人员面对的首要任 务。有机氟化合物的各种优良性质以及其独特的化学、物理性能越来越被现代工农 业生产发展所重视。含氟有机化合物分子形成的碳-氟键，C-F键长1.32 1.39A ,离解能为119千卡/摩尔，而C-H键长为1. 54 A ,离解能为83千卡/摩尔，相比之下 氟有机化合物的分子具有化学惰性，在强酸、强碱的水溶液中不怕腐蚀、化学稳定性高。因 C-F键极性的存在，其化合物的熔点也相应提高，特别是含氟的高分子聚合物，如聚四氟乙 烯、聚偏二氟乙烯、聚二氯二氟乙烯等作为电池极片的粘合剂，提高了电池生产的效率和电 池产品的质量。另外，含氟聚合物分子结构稳定，具有良好的耐化学性、电绝缘性、高阻燃性 和热稳定性等等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中碱性锌锰电池高倍率放电性能差，锌_镍电池 自放电现象严重、电池贮存期短等问题，提供一种大电流放电稳定、贮存期长、析气量低的 碱性锌锰电池。本专利技术还提供了上述碱性锌锰电池的制备方法。本专利技术的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的一种碱性锌锰电池的制备方法，制备过程为将正极环压入电池壳中，中间插入隔膜 纸筒，隔膜纸筒中注入电解液，待电解液完全被隔膜纸筒和正极环吸收后注入锌膏，插入带 有负极盖的铜钉，压紧封口得到产品，所述电池的正极环是用二氧化锰、导电剂、粘合剂和 电解液分散搅勻后进行压片造粒打环制成的管式环状体，所述的粘合剂为聚四氟乙烯蜡微 粉，负极是含有效量全氟壬烯氧基苯磺酸钠(OBS)的锌膏，电解液为碱性水溶液。4作为优选，所述的正极环的制备方法为二氧化锰、导电剂和有效量的聚四氟乙烯 蜡微粉，快速搅拌分散后加入电解液，搅拌后滚压成片，造粒。作为优选，所述的电解液为溶有质量分数2%_6%的氧化锌的氢氧化钾或氢氧化钠 水溶液，该氢氧化钾或氢氧化钠水溶液的质量浓度为35%-45%。作为优选，所述的聚四氟乙烯蜡微粉的粒径范围为0. 5 5μ m，聚四氟乙烯的分 子量范围为1万 10万。聚四氟乙烯蜡微粉的粒径范围为0. 5 5 μ m，聚四氟乙烯蜡微粉 的颗粒表面积较大，分散作用优良，在电池的制造过程中可有效减少物料和设备的摩擦，同 时提高了正极环的机械性能。聚四氟乙烯蜡微粉一般选择低分子量聚四氟乙烯产品。作为优选，所述的聚四氟乙烯蜡微粉的添加量为二氧化锰质量的0. 1% 1%。过低 的用量不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性锌锰电池的制备方法，制备过程为：将正极环压入电池壳中，中间插入隔膜纸筒，隔膜纸筒中注入电解液，待电解液完全被隔膜纸筒和正极环吸收后注入锌膏，插入带有负极盖的铜钉，压紧封口得到产品，其特征在于：所述电池的正极环是用二氧化锰、导电剂、粘合剂和电解液分散搅匀后进行压片造粒打环制成的管式环状体，所述的粘合剂为聚四氟乙烯蜡微粉，负极是含有效量全氟壬烯氧基苯磺酸钠的锌膏，电解液为碱性水溶液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余谷峰，
申请(专利权)人：浙江野马电池有限公司，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]