CN101114710B

CN101114710B - 碱性电池添加剂

Info

Publication number: CN101114710B
Application number: CN200610029479A
Authority: CN
Inventors: 谢红卫; 王善民; 张奇尧
Original assignee: Zhongyin Ningbo Battery Co Ltd
Current assignee: NINGBO BEITERUI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: CN101114710A

Abstract

本发明提供一种氧化镱、氢氧化镱或其组合的电池正极或负极添加剂，还提供一种正极或负极中含有0.01-5重量份的氧化镱、氢氧化镱或其组合碱性锌锰电池。本发明的电池具有成本低、自放电低、贮存性能好和大电流负荷放电性能强等优异特点。本发明还提供一种氧化镱、氢氧化镱或其组合用作碱性锌锰电池的添加剂的用途。

Description

碱性电池添加剂

技术领域

本发明主要涉及一种碱性电池添加剂和一种碱性电池，更具体地说，涉及一种含有添加剂一氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性电池，以及涉及一种氧化镱、氢氧化镱或其组合用作碱性电池的添加剂的用途。

背景技术

随着用电器具的发展，对电池性能的要求也越来越高；综合性能好的电池，如电池内阻小、大电流放电性能好、贮存性能好等性能优越的电池越来越被企业所关注。国内外各电池生产企业通过各种途径来提高电池性能，目前较常采用的有原材料的优选、电池内部空间的提高等方法。这些方法能一定程度的提高电池性能，然而由于受原材料工艺的限制以及电池本身容量的有限性，使通过该方法提高电池性能受到了一定程度的局限性。

因此，本领域急需开发一种成本低、自放电低、贮存性能好、安全性能好和大电流负荷放电性能强的新型电池，来满足人们对电池的需求。

在电池中加入一定剂量的某些非活性添加剂对电池性能有一定的促进作用，可能与添加剂和电解二氧化锰及电解液之间发生反应影响到表面膜有关，这些反应在某些情况下有益，可能是由于某种添加剂的溶解，形成了电极的新孔隙，从而有利于电解液的迁移。氧化镱、氢氧化镱可以改变活性物质的表面状态，增加活性物质的活度，提高活性物质的利用率，广泛应用于陶瓷工业与电子工业中。

发明内容

本发明的第一方面提供一种电池正极或负极添加剂，所述添加剂是粒径在10nm-100μm之间的氧化镱、氢氧化镱或其组合。

所述添加剂的粒径优选20-100μm之间。

本发明的第二方面提供一种电池的电极，所述电池的电极是指电池的正极或负极，该正极或负极中含有0.01-5重量％的本发明的添加剂，以电池正极或负极的总重量计。

在一个优选例中，含有0.1％-0.4重量％的添加剂，以电池正极或负极的总重量计。

在一个优选例中，所述添加剂通过机械搅拌混合方法加入到正极或负极中。通常，所述添加剂通过是采用简单物理混合方法添加到电极中。

在一个优选例中，所述电池的正极中含有0.2±0.05重量％氧化镱，以电池正极的总重量计。

本发明的第三方面提供一种电池，包括：

一正极，所述正极含有90～98重量份的正极活性物质、2～10重量份的导电剂，所述正极活性物质和导电剂的总重量占正极总重量的95-100重量％；

一负极，负极中含有95-100重量份的负极活性物质，所述负极活性物质占负极总重量的95-100重量％，

一电解液，所属电解液为碱性溶液，

在电池正极和/或负极中含有0.01-5重量份的本发明的添加剂。

在一优选例中，所述正极中的活性物质为电解二氧化锰，所述导电剂为普通石墨和/或膨胀石墨；所述负极活性物质包括60-80重量％无汞锌粉，0.5-1.5重量％的聚丙烯酸型高分子材料凝胶剂，以负极的总重量计。

在一优选例中，所述电池的负压1.50-1.60V，较佳地为1.55-1.60V。

在一优选例中，所述电池的内阻为50mΩ-110mΩ，较佳地为80-110mΩ，最佳地为95-105mΩ。所述电池的短路电流为10A-20A，较佳地为10-15A，最佳地为11-12A。

本发明的第四方面提供一种氧化镱、氢氧化镱或其组合用作碱性电池正极或负极添加剂的用途。

附图说明

图1为电池1.8Ω脉冲与氧化镱的加入量的关系图。

具体实施方式

本发明提供的碱性锌锰电池，它利用现有碱性锌锰电池的负极配方和结构特点，并结合氧化镱、氢氧化镱或其组合能够提高活性物质利用率的优点，正极以二氧化锰作为活性物质，石墨粉作为导电剂，负极以锌粒作为活性物质，以碱性溶液作为电解液，在电池正极或负极中添加0.01％-5重量％的氧化镱、氢氧化镱或其组合。所述正极中含有以电池正极的总重量计为90％～98重量％的二氧化锰活性物质和2％～10重量％的石墨导电物质，所述二氧化锰为电解二氧化锰，所述石墨粉为普通和膨胀石墨；负极中含有无汞锌粉作为活性物质，聚丙烯酸型高分子材料作为锌膏凝胶剂；以正极或负极总重量的0.01％～5重量％的氧化镱、氢氧化镱或其组合作为添加剂。所述氧化镱、氢氧化镱或其组合通过简单物理混合方法加入到正极或负极中。所添加的氧化镱、氢氧化镱或其组合粒径在2nm～100μm范围内，提高氧化镱、氢氧化镱或其组合与活性物质表面接触率，从而提高电池放电性能。

该电池具有以下优点：

1.电池内阻小，在电池放电过程中，消耗在电池内部的能量减小；

2.电池放电电压平稳、大电流负荷放电能力强；

3.电池贮存性能好，电池经过一段时间的贮存，电性能下降小；

4.电池制作工艺简单，不用改动现有的电池生产工艺，只要在现有的工艺上添加一定量的添加剂；

5.电池成本低，氧化镱、氢氧化镱或其组合的添加量控制在0.01％-5％之间。

负极

负极中的主要成份是负极活性物质。负极活性物质由活性组分经过常规的制备方法而制得。主要活性组分可选自锌，氢或金属氢化物。其它元素如铁，铅或镉在某些特定用途下也可考虑使用。

例如，负极的活性组分包括60-80重量份锌粉、18.5-39.5重量份电解液、0.5-1.5重量份凝胶剂.较佳地，负极活性物质中使用聚丙烯酸型高分子材料作为凝胶剂，从而可以降低电池析气量、降低电池内阻、提高电池放电电位.可选地，活性组分中可包括0.002-0.010重量份的缓蚀剂，较佳地所述缓蚀剂为代汞缓蚀剂，例如氧化铟、氧化硅、硅酸钠等.

负极的制备方法

将负极活性组分(例如锌粉、凝胶剂、缓蚀剂)进行干混合后加入电解液进行湿混合，再经过真空脱泡即制成负极活性物质。

负极活性物质按照常规方法制备得到负极。例如，负极由负极底、负极活性物质和集电子铜钉装配得到。

正极

本发明的正极是本领域技术人员所熟知的。例如，含有二氧化锰和石墨粉的正极。

在一个优选例中，按如下方法制备本发明的正极：

(a)将二氧化锰与所有所选用的组分混合以形成均匀的干混合物；

(b)向均匀时干混合物中加入一定量的用于正极组合物的碱性电解质，并连续混合该混合物；

(c)如果必要，将混合物过筛；并在任何情况下均要形成湿的均匀混合后的混合物；

(d)压实该混合后的混合物；

(e)将压实的混合后的混合物造粒；

(f)将混合物颗粒过筛；

(g)将混合物颗粒压制成片或罐形；

(h)将片或罐放入适当的电池容器作为将要制造的电池的正极。

基于电池的性质，正极可模塑成片后插入罐中，然后再压制。另外，也可直接将正极挤压成罐，或辊压或铸造成用于绕制成螺旋形的电池或甚至用于钮扣或硬币型电池的平板电极。

电池的电解液

电解质水溶液(即电解液)的主要组分应当适应本发明的正极和负极组对，尤其可选自碱金属氢氧化物，如KOH、NaOH和LiOH或它们的混合液，碱金属氢氧化物中可以含有一定比例的ZnO，或某种酸如H₂SO₄，H₃BO₃，或H₃PO4，或其混合物，也可以是ZnCl₂，NH₄Cl，NaCl或KCl的盐溶液，或其混合物。

电池

本发明的电池可选用相应的正极、负极和电解液。正极和负极之间设有隔离件，较佳地，所述隔离件为隔离膜。电解液包含在正负极和渗透在隔膜纸中。

这个说明书中所用的下面的缩写若非稳重清楚的标明不同，将含有以下的意思：V＝伏特＝伏，A＝安培＝安，Ω＝欧姆＝欧，mΩ＝毫欧，s＝秒，min＝分钟，h＝hr＝小时，d＝天，s/m＝秒/分钟，h/d＝小时/天，h/h＝小时/小时。所有的量或百分比是重量百分比，除非特别注明。所有的数字范围可以以任何顺序包括和组合，除了在那些明确的数字范围限制在合计达100％的。

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型.应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围.下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件.

对照实施例1

正极不含氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性锌锰电池

用常规方法制备正极不含氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性电池，方法如下：

将电解二氧化锰和石墨粉及少量的粘结剂混和，再加入适量的电解液进行湿混合，再经辊压造粒，对已造粒的正极部分粉进行压制成型成正极部分环，将正极部分环装入钢壳中即成正极部分。

将锌粉、凝胶剂、缓蚀剂进行干混合后加入电解液进行湿混合，再经过真空脱泡即制成负极活性物质锌膏；

制备时，装入正极部分环后再依次装入隔膜纸、电解液、锌膏、负极部分集电体，最后封口，即成电池。

实施例1-24

添加氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性锌锰电池

按以下方法制备正极中添加氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性锌锰电池(实施例1-12)：

将电解二氧化锰、石墨粉和一定量的氧化镱、氢氧化镱或其组合及少量的粘结剂混和，再加入适量的电解液进行湿混合，再经辊压造粒，对已造粒的正极部分粉进行压制成型成正极部分环，将正极部分环装入钢壳中即成正极部分。

按以下方法制备负极中添加氧化镱、氢氧化镱或其组合的碱性锌锰电池(实施例13-24)：

将电解二氧化锰、石墨粉及少量的粘结剂混和，再加入适量的电解液进行湿混合，再经辊压造粒，对已造粒的正极部分粉进行压制成型成正极部分环，将正极部分环装入钢壳中即成正极部分。

将锌粉、凝胶剂、缓蚀剂和一定量的氧化镱、氢氧化镱或其组合进行干混合后加入电解液进行湿混合，再经过真空脱泡即制成负极活性物质锌膏；

测试对比例和实施例

用常规方法测试对比例和实施例1-24制备的电池。简而言之，方法如下：用电压表测试电池的开压、负压，用电池内阻测试仪测试电池的内阻，在DM-2000型放电测试柜中测试电池各种负载下的放电性能，测试均在20-22℃，60％RH条件下进行。

表1中所示的各个实施例显示出，正极中添加不同含量的氧化镱对电池开压与负压的影响，从表1中的数据看出在加入了氧化镱以后，电池开压基本上不发生变化，而电池的负压增大。因此本发明的碱性锌锰电池具有负压高的特点(负荷电阻为3.9Ω)。

表1正极添加不同含量的氧化镱对电池开压与负压的影响

表2中的各个实施例显示出了正极中添加不同含量的氧化镱对电池内阻与短路电流的影响，从表中的数据可以看出，在添加了氧化镱以后，电池的内阻明显下降，短路电流增大。本发明的碱性锌锰电池具有内阻小、短路电流大的特点。

表2正极添加不同含量的氧化镱对电池内阻与短路电流的影响

表3中的各个实施例显示出了正极中添加不同含量的氧化镱对电池放电性能的影响，从表中的数据可以看出，在六种具有不同的负载、放电方式和终止电压的情况下，正极中添加了氧化镱以后，电池的放电时间增长，尤其是在大电流下，电池的放电时间明显增长。本发明的碱性锌锰电池具有放电性能好的特点，尤其是电池的大电流放电性能。

表3正极添加不同含量的氧化镱对电池放电性能的影响

电池放电性能与氧化镱加入量的关系，以电池1.8Ω脉冲放电为例，氧化镱的添加量是以氧化镱所占电池正极的重量百分比计算。从图1中可以看出，当电池正极添加氧化镱时，氧化镱添加量占正极重量的0.2％时电池性能最佳，随着氧化镱添加量的增加电池性能的提高呈现下降的趋势。

本发明的碱性锌锰电池具有贮存性能好的特点，详见表4(电池高温70℃贮存7天后放电，相当于电池在常温下贮存一年)。

表4正极添加不同含量的氧化镱对电池贮存性能的影响

表5中的各个实施例显示出了在电池的正极添加不同含量的氢氧化镱对电池放电性能的影响，从表中的数据可以看出，在六种具有不同的负载、放电方式和终止电压的情况下，添加了氢氧化镱以后，电池的放电时间有一定程度的增长，即在电池的正极添加氢氧化镱对电池性能有一定程度的提高，

表5正极添加不同含量的氢氧化镱对电池放电性能的影响

当氧化镱添加在电池的负极中，从表6中的数据可以看出，在六种具有不同的负载、放电方式和终止电压的情况下，在电池的负极中添加了氧化镱以后，电池的放电时间有一定程度的增长，对电池的性能有一定的提高。具体数据如表6所示：

表6负极添加不同含量的氧化镱对电池放电性能的影响

添加添加剂后，电池增加成本与得到的效益对比(以氧化镱添加正极为例，电池1000mA放电)。从表7中可以看出当氧化镱添加量为以电池的正极总重量计为0.1-0.4重量％时效益成本比最大，继续增加氧化镱添加量，成本显著提高，而所获的电性能增加不是很显著。

表7添加添加剂后电池增加成本与效益数据

表8示出了负极添加不同含量的氢氧化镱对电池放电性能的影响，对电池的性能有一定的提高。具体数据如下：

表8负极添加不同含量的氢氧化镱对电池放电性能的影响

本发明的上述实施例表明，本发明的电池具有成本低、自放电低、贮存性能好和大电流负荷放电性能强的优异特点。

应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种锌锰电池的正极或负极，其特征在于，其正极或负极中含有粒径在10nm-100μm之间的氧化镱或氢氧化镱的添加剂，所述添加剂的含量为0.01-1.0重量％，以电池正极或负极的总重量计。

2.如权利要求1所述的电池的正极或负极，其特征在于，所述添加剂通过机械搅拌混合方法加入到正极或负极中。

3.如权利要求1所述的电池的正极或负极，其特征在于，所述电池的正极中含有的添加剂为0.2±0.05重量％氧化镱，以电池正极的总重量计。