CN106129379A - 一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池 - Google Patents

一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及碱性锌锰电池领域，具体涉及一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极是由电解二氧化锰、导电剂和添加剂混合制成，所述负极是由超细合金锌粉、粘结剂和添加剂混合制成，所述隔膜是由纸浆和纤维混合制成，所述电解液为KOH溶液。本发明在不改变生产工艺的前提条件下，通过添加剂的加入以及碱液溶度的优化设计克服超细锌粉析氢量大的致命缺点，充分发挥其高活性优点，使得电池大电流放电性能显著提高，很好的满足了市场对大电流碱性锌锰电池的需求。

Description

一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池
技术领域
本发明涉及碱性锌锰电池领域，具体涉及一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池。
背景技术
在现有的电池体系中，碱性锌锰电池凭借其自身能量密度较高、价格低廉、便携性好等优点得到大范围的推广应用，一直占据我国一次电池市场的主流。随着科技和生产的发展、小型电器的多样化以及大功率便携式电器的日益增多，人们对电池的重负荷放电性能的要求越来越高，因此具有重负荷、大电流、连续放电能力强、防漏性能优良、储存时间长和低温性能好等特点的碱锰电池的需求量及生产量将日趋增加。根据国标（行业标准QB-T2576-2002 无汞碱性锌-二氧化锰电池用锌粉）常规的锌粉粒度要求锌粉中粒径大于等于450μm的锌粉含量小于等于10%，粒径处于105-450μm范围内锌粉占65%以上，粒径在75-105μm范围内锌粉少于10%，粒径少于75μm锌粉含量少于10%。使用常规锌粉制备的LR6碱性锌锰电池，按国标（GB.T8897.2-2008 原电池：外形尺寸和电性能的要求）在1.5w/0.65w,2s/28s,5min/h 的放电模式下放电50-70次，远远不能满足市场需求。
本发明提出基于市场对大电流碱性锌锰电池需求日益增长的前提，克服了超细锌粉析氢量大的技术难题，优化了电池正负极以及碱液溶度配比，使用该配方生产的碱性锌锰电池大电流放电性能得到显著提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，克服了超细锌粉析氢量大的技术难题，优化了电池正负极以及碱液溶度配比，使用该配方生产的碱性锌锰电池大电流放电性能得到显著提高。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极是由电解二氧化锰、导电剂和添加剂混合制成，所述负极是由超细合金锌粉、粘结剂和添加剂混合制成，所述隔膜是由纸浆和纤维混合制成，所述电解液为KOH溶液。
进一步的，所述电解二氧化锰中含有均小于等于0.03%的铜、镍、铁和汞元素，还含有少于等于3%的水份。
进一步的，所述正极的导电剂为石墨、石墨烯、乙炔黑、膨胀石墨、多孔石墨、super-p（小颗粒导电碳黑）和ks-6（鳞片状的石墨）中的一种或多种。
进一步的，所述正极所用的添加剂为钙、钡、钛的氧化物和钙、钡、钛的氢氧化物中的一种或多种。
进一步的，所述负极的超细合金锌粉中含有铟、铋和锡中的一种或多种。
进一步的，所述超细合金锌粉中铟的质量百分比范围为2.5%-6.5%，铋的质量百分比范围为1.0%-4.0%。
进一步的，所述负极所用的添加剂为铟、钡、钙的氧化物、氢氧化物、氯化物、硬脂酸钙、钛的硫化物和钛的硼化物中的一种或多种。
进一步的，所述超细合金锌粉的粒径少于75μm，锌含量大于等于80%。
进一步的，所述正极的添加剂和负极添加剂均以质量比加入量为0.01%—0.2%。
进一步的，所述电解液KOH溶液的溶度范围为25%—40%，其中正极环中电解液范围为25%—40%，隔膜以及负极锌膏电解液溶度为30—40%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在不改变生产工艺的前提条件下，通过添加剂的加入以及碱液溶度的优化设计克服超细锌粉析氢量大的致命缺点，充分发挥其高活性优点，使得电池大电流放电性能显著提高，很好的满足了市场对大电流碱性锌锰电池的需求。
附图说明
图1为本发明在1000mA，10s/m，1h/d放电模式下，放电次数对比图。
图2为本发明在1000mA，10s/m，1h/d放电模式下，放电容量对比图。
图3为本发明在1.5w/0.65w，2s/8s，10T/h，24h/d放电模式下放电图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极是由电解二氧化锰、导电剂和添加剂混合制成，所述负极是由超细合金锌粉、粘结剂和添加剂混合制成，所述隔膜是由纸浆和纤维混合制成，所述电解液为KOH溶液。
实施例一，制备LR-6型碱性锌锰电池
制备方法为：
按配方准确称量超细锌粉，粘结剂，膨胀剂以及添加剂氧化钡（0.2wt.%）、氢氧化铟（0.02wt.%）进行干混，待混匀后，投料进搅拌机，真空湿拌，搅拌的过程中不断加入浓度为40 wt.%的KOH电解液，制得锌膏。
按生产工艺组装电池正极环，正极环由电解二氧化锰与石墨组成，并注入一定量浓度为35 wt.%的KOH电解液。
在组装过程中将一定浓度36%电解液注入隔膜，静置待隔膜完全润湿进行下一步。
在自动化生产线上将锌膏注入电池，组装LR-6型碱性锌锰电池，密封包装，静置24h后进行测试。
如图1所示，上述制备而成的LR-6型碱性锌锰电池在1000mA，10s/m，1h/d放电模式下，放电次数图。从图中可以看出在相同的放电模式下，实施例一的放电次数为628次，而对照组的放电次数为414次，放电次数提高51.6%，充分说明本发明配方充分利用超细锌粉高活性的优点，显著提高电池大电流放电性能。
如图2所示，上述制备而成的LR-6型碱性锌锰电池在1000mA，10s/m，1h/d放电模式下，放电容量图。如图所示，对照组普通锌粉电池的放电容量为1133mAh，而使用本发明的超细锌粉合金容量提升到1733mAh。性能提升52.9%，进一步说明使用该发明配方能有效提升正负极活性物质利用率，使得电池放电更加充分。
如图3所示，上述制备而成的LR-6型碱性锌锰电池在1.5w/0.65w，2s/8s，10T/h，24h/d放电模式下，放电次数图，根据图中曲线对比，我们可以看出在相同的放电模式下，使用本发明配方电池高功率性能优异，放电次数从普通锌粉的78次提高到136次，增长74.3%。
实施例二，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是超细合金锌粉制得负极锌膏的过程中，使用的添加剂为氢氧化铟（0.04wt.%）以及硅酸钠（0.2 wt.%）。
实施例三，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是超细合金锌粉制得负极锌膏的过程中，使用的添加剂为氢氧化铟（0.04wt.%）以及氧化钡（0.2wt.%）。
实施例四，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是超细合金锌粉制得负极锌膏的过程中，使用的添加剂为氢氧化铟（0.04wt.%）以及硬脂酸钙（0.2wt.%）。
实施例五，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是正极环中除二氧化锰和导电石墨外，还包含添加剂硅酸钠（0.02 wt.%）以及氧化铋（0.02 wt.%）。
实施例六，采用与实施例五相同的配方及生产组装工艺，所不同的是正极环中导电剂的选择为石墨与石墨烯的混合，石墨烯质量分数范围为1-3wt.%。
实施例七，采用与实施例五相同的配方及生产组装工艺，所不同的是正极环中导电剂的选择为石墨与膨胀石墨的混合物。膨胀石墨质量分数为2-3wt.%。
实施例八，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是使用的添加剂为氢氧化铟（0.04wt.%）以及氧化钡（0.2wt.%）。
实施例九，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是锌膏中碱液浓度为30%。
实施例十，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是正极环中碱液浓度为30%。
实施例十一，采用与实施例一相同的生产组装工艺，所不同的是隔膜中碱液浓度为30%。
实施例三到十一制备的使用超细锌粉碱性锌锰电池，分别与对照组相比，所取得效果均为有力的支持本发明的有益效果，能有效的发挥超细锌粉高活性的优点，显著提高电池大电流放电性能以及放电容量。
本发明的技术效果：
采用与实施例相同的组装生产工艺，所不同的是负极活性物质锌粉使用的是国标普通锌粉，锌粉粒径大于等于450μm的锌粉含量小于等于10%，粒径处于105-450μm范围内锌粉占65%以上，粒径在75-105μm范围内锌粉含量少于10%，粒径少于75μm锌粉占比少于10%。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极是由电解二氧化锰、导电剂和添加剂混合制成，所述负极是由超细合金锌粉、粘结剂和添加剂混合制成，所述隔膜是由纸浆和纤维混合制成，所述电解液为KOH溶液。
2.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述电解二氧化锰中含有均小于等于0.03%的铜、镍、铁和汞元素，还含有少于等于3%的水份。
3.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述正极的导电剂为石墨、石墨烯、乙炔黑、膨胀石墨、多孔石墨、super-p和ks-6中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述正极所用的添加剂为钙、钡、钛的氧化物和钙、钡、钛的氢氧化物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极的超细合金锌粉中含有铟、铋和锡中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述超细合金锌粉中铟的质量百分比范围为2.5%-6.5%，铋的质量百分比范围为1.0%-4.0%。
7.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极所用的添加剂为铟、钡、钙的氧化物、氢氧化物、氯化物、硬脂酸钙、钛的硫化物和钛的硼化物中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述超细合金锌粉的粒径少于75μm，锌含量大于等于80%。
9.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述正极的添加剂和负极添加剂均以质量比加入量为0.01%—0.2%。
10.根据权利要求1所述的一种使用超细合金锌粉的大电流碱性锌锰电池，其特征在于：所述电解液KOH溶液的溶度范围为25%—40%，其中正极环中电解液范围为25%—40%，隔膜以及负极锌膏电解液溶度为30—40%。
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