CN101521280A - 碱性电池用"碳素锌膏" - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可供以锌膏负极为配对电极的碱性一次电池和二次电池使用的“碳素锌膏”。“碳素锌膏”是在原常规锌膏配制条件下，加入具有良好的吸附性、保液性、导电性和视比重小的碳素微粒材料，解决了传统锌膏中出现的锌粉凝聚、沉降现象。碳素微粒与锌粉及集电体的充分混合接触，对电池负极区的微电场产生影响，改善离子、电子导电通路，提高了电池锌粉利用率，改善了电池耐抗震性能和贮存期的电性能。

Description

碱性电池用“碳素锌膏”
技术领域
化学电源是一种把化学能直接转换成电能的装置。化学电源包括所有的一次、二次电池和燃料电池。一次电池最常见的有普通锌锰干电池、碱性锌锰电池、碱性扣式锌锰电池。二次电池(即蓄电池)，最常见的有铅酸蓄电池、镉镍电池、锂离子电池。
电池有各种不同的分类方法，仅按电池电解质性质分类，又有碱性电池、酸性电池、中性(包括弱酸性)电池称谓。
本专利涉及的电池为以凝胶状锌膏负极为配对电极的一次电池和二次电池。如碱性锌银电池、碱性锌空气电池、碱性锌镍电池、碱性锌锰电池等。
本专利涉及的碳素微粒(颗粒或纤维状)材料，主要指的是导电碳黑、乙炔黑、石墨粉、膨胀石墨和纳米碳材料及其混合物。
背景技术
在传统的含汞碱性锌膏负极电池中，汞齐化的锌粉既有良好的耐电化学腐蚀性，又有锌粉粒间及与集电体良好导电联接，因此该种电池有良好抗震动的电池性能。
为保护环境，随着无汞化电池的进展，碱性锌膏负极电池在提高电池抗震性能方面需要和进行了许多改进工作。例如：(1)优选新的锌粉缓蚀剂，但至今仍未找到完全达到和超过汞缓蚀剂效果的材料。(2)寻找和选择新的更稳定、更三维立体网结构的凝胶材料，为了获得凝胶液对无汞锌粉的稳定悬浮，往往锌膏配方中加大了凝胶材料的用量比例。(3)改变无汞锌粉造型、粒径分布，加大了锌粉的用量比例，以获得锌粉粒子间及与集电体的电子导电联接。
发明内容
在碱性的锌锰电池、锌空气电池、银锌电池、锌镍电池中，包括其二次电池，有一部分的电池负极是锌膏状结构锌负极。
本发明专利是在原锌膏配制中，在其它条件不变的情况下，仅适量减少原凝胶和锌粉量，加进0.2-4％比例(电液重量)的碳素微粒材料并充分混合，即制得“碳素锌膏”。碳素需选用粒径1纳米-100微米的材料。考虑成本，首选大体积乙炔黑和膨胀石墨。其它如天然石墨粉、导电碳黑、纳米碳材料亦适合制取不同品质的“碳素锌膏”电池。
碳素微粒具有良好的吸附性、保液性、导电性和视比重小的特点。碳素微粒、锌粉在碱性凝胶中充分混合和粘联，以及对负极集电体的良好接触，解决了传统锌膏中出现的锌粉凝聚、沉降现象，改善了电池耐抗震性能和电池贮存期电性能。
碳素微粒与锌粉及集电体的充分混合接触，对电池负极区的微电场产生影响，改善离子、电子导电通路，提高了电池锌粉利用率。
“碳素锌膏”呈黑色滑润膏状，方便机械化注膏操作和监测识别，有利于规模化生产。
具体实施方式
配制碱性电池用“碳素锌膏”具体步骤为：
1、配制碱性电解液，按碱性电池设计的碱性电解液浓度(一般浓度范围为26-46％)称取一定量碱溶质(一般为KOH、NaOH或其混合物)溶于纯水(去离子水或蒸馏水)中，同时适量加入添加剂(如ZnO、LiOH或锌缓蚀剂等)，即配制出“碳素锌膏”用的碱性电解液。
2、按碱性电池设计要求，称取碱性电液重量1.5-3倍重量的无汞锌粉、称取电液重量1-5％重量的凝胶材料(多为CMC、PA类及其衍生物等)、称取电液重量0.5-3.5％的碳素微粒(粒径1纳米-100微米的石墨粉、导电碳黑、乙炔黑、膨胀石墨、纳米碳等)，进行干混合。
3、将干混合后的无汞锌粉(亦可包括适量比例的锌缓蚀剂)、凝胶剂、碳素材料加入碱性电解液中进行湿混合，再经过真空脱泡，即制成碱性电池用“碳素锌膏”。
“碳素锌膏”辅配以集电体和电池负极端子即构成了碱性电池负极，按碱性电池的一般构造形态，配以电池隔膜和相对的电池正极(包括电池容器性结构)，即构成了碱性电池。配对的电池正极可以是氧化银、空气氧电极、镍电极、二氧化锰电极，就可以构制成碱性锌银电池、碱性锌空电池、碱性锌镍电池、碱性锌锰电池，以及它们的变形，扣式电池等。
实例：使用“碳素锌膏”的碱性锌锰LR6电池
一、工艺过程
1、用常规方法制备LR6电池正极
将电解二氧化锰和石墨粉、乙炔黑混合，再加入适量拌粉电解液进行湿混合，再经辊压造粒，对造粒的正极粉粒进行压制成正极环，将正极环装入处理后的钢壳中即成正极部分。
2、将锌粉、碳素微粒、凝胶剂、添加剂(亦可先溶入制膏电解液中)进行干混合后，加入制膏电解液进行湿混合，再经过真空脱泡即制成负极“碳素锌膏”。
3、组装时，正极环装入钢壳后再依次装入隔膜纸管、电解液、碳素锌膏、负极集电体、封口胶圈，最后封口即成电池。
二、技术参数
1、正极料配比：电解二氧化锰92kg、石墨粉8kg、乙炔黑0.6kg，拌粉电解液4kg(40％KOH溶液)。
2、负极膏配比：无汞锌粉31kg，氢氧化钾7.12kg，纯水10.6kg，氧化锌1kg，羧甲基纤维素和聚丙烯酸0.45kg，乙炔黑0.3kg(制无乙炔黑锌膏时增加无汞锌粉2kg)。
3、正极环重量10.5g，碳素锌膏比重2.82g/ml，负极膏量5.6g。
三、电池性能
1、电池抗震性能试验
常温条件下、新电池在相同制造条件下比较，将电池从1米高处自然跌落到钢板上三次后测试。
Figure A200810082848D00051
2、贮存期一年的电池性能
制造条件相同，主要原材料同产地、同批次。
 
开路电压/V 负荷电压(3.9Ω)/V        放电时间3.9Ω连续放电0.9V止/Min       
普通锌膏电池 1.592 1.478 318
碳素锌膏电池 1.594 1.518 326
四、说明
试验样品电池的电性能，由于受到原材料品质以及试验设备条件限制，并不代表“碳素锌膏”电池的最好水平。

Claims (2)

1、一种可供以锌膏负极为配对电极的碱性一次电池和二次电池使用的“碳素锌膏”，其特征在于“碳素锌膏”囚锌膏中加入碳素而显碳素黑色。
2、按权利要求1所陈述的，“碳素锌膏”使用的碳素微粒(颗粒或纤维状)材料包括天然的、人造的石墨粉、导电碳黑、乙炔黑、膨胀石墨、纳米碳材料及其混合物。
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