CN1004595B - 碱性电池阴极混合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的碱性电池阴极混合物的制备方法。这一方法是将碱性溶液与主要组成为阴极去极化剂（如二氧化锰）和导电物质（如结晶状石墨）的混合物合在一起，水含量控制在２至５％（重量）内。制得的混合物压制成形，粉碎并分级为预定大小的颗粒状物，再将这些颗粒压制成一定形状。

Description

碱性电池阴极混合物的制备方法

本发明是关于碱性电池阴极混合物的制备方法，特别是一种碱性电池阴极混合物的制备方法，该方法通过控制混合碱性水溶液后的水含量，改进分级生产率、成型效率等等。在本发明中，优选的实施方案是将预定的硬脂酸金属盐做为润滑剂加入到一定量的阴极去极化剂中，以改进阴极混合物的成型效率。

具有胶态阳极的碱性电池需要量很大，特别是在小型电池领域更是如此，例如本领域中一种公知类别的LR6电池就是连续高负荷放电的高效电池。这种电池的阳极是将锌粉分散在用碱性水溶液（如KOH或NaOH水溶液）与胶凝剂（如羧甲基纤维素等）形成的凝胶中。在该种碱性电池中阴极的放电量也需随着阳极放电量的增加而增加。因此，适用的阴极混合物是将碱性水溶液混入主要组成为阴极去极化剂（如二氧化锰）和导电物质（如结晶状石墨）所制成的粉末状物质，对于圆柱状碱性电池，可将这些粉末在高压下压制成圆筒形，对于纽扣状电池则可压制成硬币状，从而增加电池的容量。

在将阴极混合物加压成型（Press molding）时，称量精度下降，混合物可能会出现水平裂纹或者发生破碎，其原因是颗粒大的粉末脱模时回弹作用增加，而颗粒小的粉末加压成型时混合物的整体密度难以提高，因此通常使用的方法是：将加入碱性水溶液后的上述混合物压缩成型（Compression-molding），将这种成型的混合物粉碎成细小颗粒，将细小颗粒筛选出42-80目（用Tyler标准筛）大小的粉末;再将这些粉末加压成型。

前已描述过成型时所用混合物粉末大小的范围，然而粉末分级的生产率是相当低的。用增加混合物中水含量以提高水的粘结效应的方法可能可以改进分级的生产率。但是，提高水含量可能会增加颗粒间和颗粒与模具内表面间的摩擦效应，使成型了的阴极混合物易于破碎和出现裂缝。混合物中水含量太大，在压缩成型时水会从成型物中析出。这会导致阴极混合物含水量的散失。因此发生了一个问题，即在保证电池均匀放电的性能方面遇到了困难。

为了解决阴极混合物水含量改变时分级生产率与加压成型效率间的矛盾，本发明者对改进生产率和成型效率做了许多研究，这些研究是用在特定范围内规定混合物中水含量的方法来实现的。其结果是，本发明者发现，使水含量控制在2至5%（重量）可达到预期的目的，从而完成了这一发明。

更确切地说，根据本发明制备碱性电池阴极混合物的方法实质上包括：将一种碱性水溶液与主要组成为阴极去极化剂（如二氧化锰）和导电物质（如结晶状石墨）的混合物混合在一起，使其水含量为2至5%（重量）;将混合物压缩成型、粉碎、分级为预定大小的颗粒;将这些颗粒按预定的形状加压成型。

根据本发明的较佳实施例，预定量的硬脂酸金属盐，最适宜量是0.2到0.6%（重量）（按主要有二氧化锰的阴极去极化剂的量计算），可做为润滑剂加入。做为硬脂酸的金属盐，硬脂酸钙和硬脂酸锌优先被采用。

混合物的水含量在上述范围内可使分级生产率得到改进，这是因为水的粘结效应不降低加压成型时的效率。

图1是按照本发明做的碱性锰电池一个圆筒状阴极混合物的剖面图。

图2表示的是一个碱性锰电池，其制法是：将三片阴极混合物压嵌入阴极套2，接着把分隔器3，阳极4，密封圈5，阳极端6，集流棒7，密封罩8放入阴极套2，并且收缩和弯曲阴极套的开口部分。

将导电物质（如结晶状石墨）和适当的粘合剂加入用作阴极去极化剂的二氧化锰中。碱性水溶液与这种混合物混合得到不同含水量（1.5，2，3，4，5，6和7%（重量））的阴极混合物。将这些混合物分别压缩成形，粉碎成粉末，并用Tyler标准筛将这些粉末分级，得到42-80目大小的颗粒。此情况下的生产率如表1所示。由表可见当含水量为2%（重量）或更高些时产率有明显的改进。

表1

含水量（重量，%） 1.5 2 3 4 5 6 7

生产率（%） 32 46 48 54 55 58 58

将上述不同含水量的混合物分别分级得到的粉末，分别加压成型，形成50种LR6阴极混合物的模制件。每一种混合物发生破裂的模制件数目列于表2中。

表2

含水量（重量，%） 1.5 2 3 4 5 6 7

发生破裂的

模制件数目 0 0 0 0 0 2 36

由表2可知，当含水量为6%或更高时模制件发生破裂，并且模制件破裂数随含水量增加明显地增加。因而表1和表2的实验结果可知，当阴极混合物含水量在2到5%范围内时，分级产率可得到改进而不使模制件破裂。

加入硬脂酸金属盐作为润滑剂可以改进阴极混合物的成型效率。

将0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0%（以阴极混合物中二氧化锰重量为基准的重量百分比;下文同）的硬脂酸钙作为硬脂酸金属盐分别加入阴极混合物中，制成用于LR6电池的各种阴极混合物各100片（碳含量：干颗粒的6.5%（重量））。每种混合物的破裂片数列于表3中。由表3可知，当含量为0.2%或更低时破裂片数急剧增加。

表3

含量（重量，%） 0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

破裂片数 80 24 2 0 0 0 0

用上述含有不同的硬脂酸钙含量的阴极混合物模制件各做成五个LR6电池。在20℃和恒电阻10欧姆时进行这些电池的连续放电实验，直至终了电压为0.9伏，测定其放电时间（小时）（各取五个电池的平均值）。测定结果列于表4中。由表可知，当含量超过0.6%时放电时间突然缩短，这是由于水的排斥性使电解质吸收能力降低引起内阻的增加。

表4

含量（重量，%） 0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

放电时间（小时） 15.0 15.0 15.0 14.9 14.8 14.2 13.0

这些结果可以证实，硬脂酸钙的含量在0.2到0.6%（重量）内可以改进混合物的成型效率而不影响电池放电行为。

如上所述，加入硬脂酸金属盐使模具和成型时的混合物表面间磨擦阻力急剧减小，并大大抑制混合物脱模时的回弹作用，从而使电极混合物发生破裂或剥落的现象明显减少，这样就可使混合物成型效率得到改善。

如上所述，根据本发明制备碱性电池阴极混合物的方法包括：将碱性水溶液与主要组成为阴极去极化剂（如二氧化锰）和导电物质（如结晶状石墨）的混合物相混合，控制水含量为2到5%（重量）;压缩成形;粉碎;将得到的混合物分级为预定大小的颗粒;将这些颗粒按预定的形状加压成型。如上所述，通过指定混合物的含水量可不影响加压成型的成型效率而改善分级产率，从而使电池成本降低。此外，由于成型效率提高也可使成型时压力增加。其结果是在一个电池中阴极混合物的量就可增加，因而可改进放电效果，这将能提供巨大的工业效益，特别是对于小的碱性电池更是如此。

硬脂酸金属盐的加入使模具和成型时的混合物表面间摩擦阻力剧烈减小，并且在混合物脱模时有抑制回弹的作用，从而使混合物发生破裂或剥落的现象明显减少，这样就能导致混合物成型效率的改进。这将能使混合物的碳含量降低到约3至8%，得到具有高密度和按干粒度制备（如上所述）的粉末，并且使用该粉末不会产生实际问题。因此阴极混合物有效物质含量增加，电池的放电作用得到改进。

Claims (3)

1、一种碱性电池阴极混合物的制备方法，其中将碱性水溶液与阴极去极化剂（如二氧化锰）和导电物质（如结晶状石墨）形成的第一混合物相混合，形成第二混合物，再将这种混合物压缩成型、粉碎并分级为预定粒度的颗粒状物，再把这些颗粒状物按预定的形状加压成型，其特征在于将第二混合物的水含量控制在2-5%（重量）。

2、按权利要求1的方法，其特征是向该混合物里加入一种硬脂酸金属盐。

3、按权利要求2的方法，其特征是加入的硬脂酸金属盐的含量是二氧化锰重量的0.2至0.6%。