CN102983336B - 一种碱锰电池负极集流体及其制备方法 - Google Patents

一种碱锰电池负极集流体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种集流体，尤其涉及一种碱锰电池负极集流体及其制备方法。它解决了现有的碱锰电池负极集流体效率低、成本高的问题。本碱锰电池负极集流体由杆部以及设置于杆部顶端的圆柱形头部组成，所述圆柱形头部顶面为平面且头部直径大于杆部直径，其制备方法包括以下步骤：S1：选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；S2：将上述制成的坯体经过稀酸清洗后，放入硫酸锌与硫酸亚锡的混合溶液中电镀；电镀后封孔得到集流体成品。本碱锰电池负极集流体及其制备方法具有制备成本低，生产效率高，体积电阻率低、放电性能好的优点。

Description

一种碱锰电池负极集流体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种集流体，尤其涉及一种碱锰电池负极集流体及其制备方法。
背景技术
目前碱锰电池负极集流体一般采用纯铜制成，形态多为长钉状。这是因为铜的导电性较好，且铜在碱性溶液中化学稳定性较强，在负极工作的电位范围内不参与反应。然而铜的放电性能以及体积电阻率并不是最佳的，在高效能的电池要求下，铜并不能满足需求。
长钉状的碱锰电池负极集流体形态有多种，一般包括针体、针帽以及设置于阵帽上的突起部。例如公开号为CN202150512U公开的图1所示的碱锰电池负极集流体铜针。图1中，该突起部3的作用为：电池组装时，负极底压紧突起部3后，在大电流的作用下，突起部3瞬间高温熔化并迅速凝固，使得集流体与负极底焊接起来，共同组成电池的负极部分。然而采用焊接的方式将集流体与负极组合起来并不是唯一的方式，焊接不仅增加了成本还会带来因为虚焊造成的电池报废问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种体积电阻率小、放电性能好且成本较低的碱锰电池负极集流体。
本发明解决其技术问题采用的技术方案为，提出一种碱锰电池负极集流体，其由杆部以及设置于杆部顶端的圆柱形头部组成，所述圆柱形头部顶面为平面且头部直径大于杆部直径。
进一步地，所述头部直径为3.0～3.2mm。优选的，头部直径为3.1mm最佳，现有的集流体头部直径为2.8±0.1mm，需要在头部上添加负极底增大接触面积，本集流体头部直径适当增大，直接取代了负极底的作用。用这种集流体组装碱性锌锰干电池时，不再需要电池负极底，也就省去了集流体与负极体的焊接工序，不仅明显降低了生产成本和配件采购成本，而且消除了因负极虚焊带来的电池报废问题，提高了电池的可靠性、电性能和合格率。
本发明还提供一种碱锰电池负极集流体的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1：选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；
S2：将上述制成的坯体经过稀酸清洗后，放入硫酸锌与硫酸亚锡的混合溶液中电镀；电镀后封孔得到集流体成品。
本发明将冷镦磨平头合成为一道工序，减少了生产环节。可以将最终产品的精度控制在0.02毫米以下，产品不良率低于3ppm，产品质量稳定，一致性好。
本发明清洗过程中可以采用稀盐酸清洗，也可以采用稀硫酸和稀盐酸的混合溶液进行清洗，清洗的目的在于除去集流体坯件表面的氧化层，而电镀后封孔可采用现有普通的封孔技术进行封孔，如水性封孔或油性封孔都可以。
在上述碱锰电池负极集流体的制备方法，步骤S2中，硫酸锌与硫酸亚锡的混合溶液中，硫酸锌的浓度为5mol/L，硫酸亚锡的浓度为3mol/L，混合溶液的pH值为5.0-7.0。
采用锌和锡两种元素的镀层能阻止锌粉被腐蚀，抑制氢气析出，提高利用该集流体制作的电池的整体的放电性能。
混合溶液的pH值是为了使得电镀过程中电镀效率高。若pH值过低则因为锡元素在酸性溶液中的不稳定性导致电镀较慢，若pH过高则会因为锌元素在碱性溶液中的不稳定性导致电镀变慢。
在上述碱锰电池负极集流体的制备方法，步骤S2中，电镀温度为20-25℃，电流密度为0.02A/m2，电镀时间为20-30分钟。
电镀温度、电流密度以及电镀时间的控制使得电镀效果更好，镀层更为均匀和稳固。
本发明通过合理设置集流体的制备工艺以及结构，使得集流体的制备成本更低，生产效率更高，体积电阻率更低且利用该集流体制备得到的碱锰电池放电性能更好。
附图说明
图1为现有的碱锰电池负极集流体结构示意图；
图2为本发明碱锰电池负极集流体结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
通过如下步骤制得碱锰电池负极集流体：
选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；经过稀酸清洗后，将坯体放入pH值为5.0的混合溶液中电镀，混合溶液中硫酸锌的浓度为5mol/L，硫酸亚锡的浓度为3mol/L；电镀温度为常温，电流密度0.02A/m2，电镀时间为20分钟；
电镀后封孔，制成如图2所示结构的碱锰电池集流体。图2中，碱锰电池集流体由杆部1以及设置于杆部1顶端的圆柱形头部2组成，其中头部2直径为3.0～3.2mm，在本实施例中，头部的直径为3.1mm。圆柱形头部2顶面通过冷镦磨平头制成光滑平面且直径大于杆部1直径使得圆柱形头部2可直接构成碱锰电池的负极。
测试制得的碱锰电池负极集流体的体积电阻率、耐腐蚀性能以及测试利用该集流体制备的碱锰电池的放电性能。
其中，体积电阻率通过公式QM=RSL-1。R为电阻，S为截面积，L为长度。耐腐蚀性能通过将负极集流体放入5mol/L的硫酸溶液中浸泡10小时，观测其腐蚀度。放电性能测试按照GB/T7112-1998标准测试，测试方式为利用该负极集流体制备LR6型碱锰电池，放电方式为1h/d，放电电阻为10欧姆，终止电压为0.9V，测试LR6型碱锰电池放电时间，其中标准放电时间为12h。测试结果见表一。
实施例2
选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；经过稀酸清洗后，将坯体放入pH值为7的混合溶液中电镀，混合溶液中硫酸锌的浓度为5mol/L，硫酸亚锡的浓度为3mol/L；电镀温度为20℃，电流密度0.02A/m2，电镀时间为25分钟；电镀后后封孔，制成如图2所示结构的碱锰电池集流体。
测试制得的碱锰电池负极集流体的体积电阻率、耐腐蚀性能以及测试利用该集流体制备的碱锰电池的放电性能。测试方法与实施例1相同，测试结果见表一。
实施例3
选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；经过稀酸清洗后，将坯体放入pH值为6.0的混合溶液中电镀，混合溶液中硫酸锌的浓度为5mol/L，硫酸亚锡的浓度为3mol/L；电镀温度为25℃，电流密度0.02A/m2，电镀时间为25分钟；电镀后封孔，制成如图2所示结构的碱锰电池集流体。
测试制得的碱锰电池负极集流体的体积电阻率、耐腐蚀性能以及测试利用该集流体制备的碱锰电池的放电性能。测试方法与实施例1相同，测试结果见表一。
表一
从上表可以看出，本发明的负极集流体耐腐蚀性能和体积电阻率以及由该负极集流体制得的碱锰电池的放电性能均较好。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种碱锰电池负极集流体的制备方法，其特征在于，所述碱锰电池负极集流体由杆部以及设置于杆部顶端的圆柱形头部组成，所述圆柱形头部顶面为平面且头部直径大于杆部直径，所述头部直径为3.1mm；
其制备方法包括以下步骤：
S1：选用黄铜线作为原料通过冷镦磨平头制成集流体坯件；
S2：将上述制成的坯体经过稀酸清洗后，放入硫酸锌与硫酸亚锡的混合溶液中电镀；电镀后封孔得到集流体成品，其中步骤S2中，硫酸锌与硫酸亚锡的混合溶液中，硫酸锌的浓度为5mol/L，硫酸亚锡的浓度为3mol/L，混合溶液的pH值为6.0，电镀温度为25℃，电流密度为0.02A/m2，电镀时间为25分钟。
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