CN106684318B - 一种碱性电池负极制备方法 - Google Patents

一种碱性电池负极制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱性电池负极制备方法，其一目的是提高用于制备凝胶电解液的胶化剂的均匀分散性。一种碱性电池负极制备方法，包括以下步骤：（1）电解液计量并排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，启动凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机以使凝胶电解液搅拌装置先对电解液进行搅拌A时间；（2）搅拌A时间后，将胶化剂计量后分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，胶化剂在B时间内完成排入，在排入胶化剂期间保持凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作；（3）持续地使凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作C时间；（4）将步骤（3）所得到的产物老化D时间以使胶化剂溶胀；（5）将步骤（4）所得到的凝胶电解液计量后排入锌膏搅拌设备的搅拌容器中，加入计量后的锌粉，利用锌膏搅拌设备对锌粉和凝胶电解液混合均匀；（6）将步骤（5）所得到的锌膏排入锌膏周转容器。

Description

一种碱性电池负极制备方法
技术领域
本发明涉及碱性电池技术领域，更具体的说，是一种新型电池负极制备方法。
背景技术
碱性电池是市场上普遍使用的一次电池，随着碱性电池技术的发展，人们对电池的高性能、一致性和电池贮存耐漏液性能提出更高要求，尤其是电池长期贮存后的高容量和耐漏液性能，因此电池长期存放后的使用性能亦即电池的贮存性能也需要随之改进和提高。一般来说，碱性电池在规定的保质期内应不出现漏液，并保持足够的电量，这样才能在用电器上正常使用。据此而言，漏液和容量降低就成为影响电池贮存性能、使电池失去使用价值的两个主要问题。
碱性电池负极锌膏的稳定性和视密度高低决定了电池长期贮存的稳定性和放电性能，而锌膏中胶化剂的粘度和分散均匀性决定了锌膏的稳定性，锌粉分散的均匀性和混入锌膏中的空气量又影响锌膏视密度的一致性及高低。锌粉在胶化剂中分散不均匀会造成电池内部锌膏的稳定性差，锌膏中锌粉与凝胶电解液易分层，分层后锌颗粒裸露在碱液中，活性表面裸露得越多，析气量越大，尤其是电池部分放电后，分层上部锌膏粘度过低，一方面使锌粉失去保护，另一方面，反应中水的消耗和锌膏中的水分被正极吸收，锌膏中易形成“沙粒”状，析气量加剧，特定条件下还可能造成氧化锌枝晶的形成，引起电池短路，从而造成电池无电及电池漏液的发生。
一般来说，碱性电池的内部气体有两个来源，一部分气体是电池在存放期间由于化学材料的纯度和正负极物质的活性影响而发生了某些有气体产生的反应，如锌在电液中的析氢，隔膜、凝胶剂的水解等。另一部分气体则来源于负极锌膏制备技术中存在的空气，因为传统干搅拌工艺是将锌粉与胶化剂的混合物与电解液在低负压值条件下搅拌而成，搅拌完毕后在常压状态下放入贮存容器中使用。在整个锌膏制备过程中，除锌膏本身中混有的气体较难去除，同时在常压状态下放置锌膏也易将空气带入锌膏中，从而使锌膏视密度低，在相同重量的条件下，锌膏的体积变大，从而减少了电池内部的空气室，电池内产生相同的气体量，由于空气室小，单位面积的压力增加，从而电池长期存放过程中对电池漏液的发生和容量损失造成的不利影响是显而易见的。
发明内容
本发明提供一种碱性电池负极制备方法，其一目的是提高用于制备凝胶电解液的胶化剂的均匀分散性。
本发明的另一目的是使脱化剂充分反应以提高凝胶电解液的粘度。
本发明的另一目的是在电池生产环节中减少空气带入锌膏，以提高视密度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种碱性电池负极制备方法，包括以下步骤：
(1)电解液计量并排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，启动凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机以使凝胶电解液搅拌装置先对电解液进行搅拌A时间；
(2)搅拌A时间后，将胶化剂计量后分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，胶化剂在B时间内完成排入，在排入胶化剂期间保持凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作；
(3)持续地使凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作C时间；
(4)将步骤(3)所得到的产物老化D时间以使胶化剂溶胀；
(5)将步骤(4)所得到的凝胶电解液计量后排入锌膏搅拌设备的搅拌容器中，加入计量后的锌粉，利用锌膏搅拌设备对锌粉和凝胶电解液混合均匀；
(6)将步骤(5)所得到的锌膏排入锌膏周转容器。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述胶化剂通过分散专用漏斗分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中；所述分散专用漏斗包括斗体，斗体具有接纳腔，接纳腔设有进料口和出料口，在接纳腔内设有第一斜板和第二斜板，第一斜板和第二斜板均呈倾斜设置，并且第一斜板和第二斜板在高度方向上呈依次交错设置，第一斜板的第一边沿与第二斜板的上板面相对，第一斜板的第一边沿与第二斜板的上板面之间具有间距而形成过料口。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：A为1分钟。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：B为6-8分钟。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：A、B和C的总共时间为18-20分钟。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：D为12-18小时。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：在步骤(5)中，加入锌粉后，对锌膏搅拌设备的搅拌容器抽真空，2分钟内空完成抽真空，真空度达到-0.09～0.10MPa，而后边抽真空边搅拌18-20分钟。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：对锌膏周转容器进行抽真空，而后将锌膏搅拌设备的搅拌容器内的锌膏排入锌膏周转容器，期间真空度控制在-0.03～0.06MPa。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：在提高胶化剂的均匀分散性方面，本发明的碱性电池负极制备方法，制备凝胶电解液时，并非将胶化剂整体性的倾倒入电解液中，而是将胶化剂分散性的加入到电解液中，并且边加入胶化剂边搅拌，从而使胶化剂能够均匀地分散到电解液中，以获得均匀性极佳的凝胶电解液，避免胶化剂在电解液中成团、结块，而后通过老化的步骤，使得胶化剂得到充分的交联反应，继而能够提高胶凝电解液的粘度。高粘度的凝胶电解液能承载锌粉的重量，有利于锌粉均匀分散，避免锌粉沉淀、分层。
本申请及其附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2是本发明的凝胶电解液搅拌装置的结构示意图。
图3是本发明的锌膏搅拌设备的结构示意图。
图4是本发明的锌膏周转容器的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
需要说明的是，术语“电解液”、“胶化剂”均为本领域的现有材料且常规使用的材料，并且上述技术特征也是不本发明的发明点，因此，对于“电解液”、“胶化剂”的成分不作赘述。
“电解液”与“胶化剂”的配比、“锌粉”与“凝胶电解液”的配比均为现有技术，本申请亦不作赘述。
本发明的碱性电池负极制备方法，包括如下步骤：(1)电解液计量并排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，启动凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机以使凝胶电解液搅拌装置先对电解液进行搅拌A时间；(2)搅拌A时间后，将胶化剂计量后分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，胶化剂在B时间内完成排入，在排入胶化剂期间保持凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作；(3)持续地使凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作C时间；(4)将步骤(3)所得到的产物老化D时间以使胶化剂溶胀；(5)将步骤(4)所得到的凝胶电解液计量后排入锌膏搅拌设备的搅拌容器中，加入计量后的锌粉，利用锌膏搅拌设备对锌粉和凝胶电解液混合均匀；(6)将步骤(5)所得到的锌膏排入锌膏周转容器。
需要说明的是，通过计量而获得预定的成分配比。
在本发明中碱性电池负极制备方法，通过步骤(1)、(2)、(3)、(4)制得凝胶电解液。凝胶电解液的制备方法如下：
在本发明的碱性电池负极制备方法中，如图2所示，凝胶电解液搅拌装置的搅拌杆4相对于凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐2的倾斜角度a为30±5度，凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机5的搅拌转速为430-480rpm、电机功率为1.5KW，凝胶电解液搅拌装置中的搅拌叶片3为三叶片、每个叶片的长度23cm-28cm，相邻叶片的夹角为120度。优选地，两个搅拌叶片的高度位置是将搅拌罐内的液面10高度进行三等分。需要说明的是，本发明的碱性电池负极制备方法也可以采用其它结构的凝胶电解液搅拌装置。
配制时，将电解液计量并排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐2中，再将分散专用漏斗1放在凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐2的上部开孔处，启动凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机5，凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机启动1分钟中后将胶化剂混合物倒入分散专用漏斗1中进行下料，搅拌装置边搅拌边进行胶化剂的添加，胶化剂混合物下料时间必须在6-8分钟下完，总搅拌时间18-20分钟。在本实施例中，电解液采用KOH。
搅拌好的凝胶电解液在常温老化12-18小时使胶化剂完全溶胀，配制的凝胶电解液必须在72小时内用完。
制备凝胶电解液时，并非将胶化剂整体性的倾倒入电解液中，而是将胶化剂分散性的加入到电解液中，并且边加入胶化剂边搅拌，从而使胶化剂能够均匀地分散到电解液中，以获得均匀性极佳的凝胶电解液，避免胶化剂在电解液中成团、结块，而后通过老化的步骤，使得胶化剂得到充分的交联反应，继而能够提高胶凝电解液的粘度。高粘度的凝胶电解液能承载锌粉的重量，有利于锌粉均匀分散，避免锌粉沉淀、分层。
在本发明中碱性电池负极制备方法，通过步骤(5)、(6)制得锌膏，其制备方法如下：
确认锌膏搅拌设备的锌膏排放口9处于关闭状态，并将相应量的凝胶电解液排入到锌膏搅拌设备的搅拌容器100中，并将搅拌容器上升到锌膏搅拌设备中，启动锌膏搅拌设备的搅拌电机6，同时将相应量的锌粉从锌膏搅拌设备的锌粉加料口7均匀加入，锌粉加料时间2-3分钟，锌粉加料完成后，关闭锌粉加料口7并打开锌膏搅拌设备的真空阀8，启动锌膏搅拌设备的真空泵11进行抽真空，真空值在2分钟内达到-0.09Mpa～0.010Mpa，最后边抽真空边搅拌18-20分钟。抽真空搅拌完毕后，打开锌膏搅拌设备的锌粉下料口7进行排气，当真空值归0后，关闭锌粉下料口，将锌膏周转容器推入到锌膏搅拌设备的搅拌容器下方，将锌膏搅拌设备的锌膏排放口9与锌膏周转容器接料口12进行密封连接，启动锌膏周转容器的真空泵13，然后打开锌膏周转容器的锌膏排放口9进行锌膏排放，锌膏排放过程中的真空度控制在-0.03Mpa～0.06Mpa之间，锌膏排放完毕后，关闭锌膏周转容器的真空泵13和锌膏周转容器进料口12以及锌膏搅拌设备的锌膏排放口9，最后将配制好的合格锌膏进行粘度及视比重检测，合格锌膏转入电池生产线待用。
需要说明的是，由于锌粉与凝胶电解液的搅拌过程中是在真空度-0.09Mpa～0.010Mpa的条件下进行的，有效地避免了在搅拌过程中混入空气，从而提高视密度。同样的，在将锌膏排入锌膏周转容器过程中也是在真空度-0.03Mpa～0.06Mpa的条件下进行的，也有效地避免了在周转环节混入空气，从而相应的提高了了视密度。
在上述的碱性电池负极制备方法中，所述胶化剂通过分散专用漏斗分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中；所述分散专用漏斗1包括斗体11，斗体具有接纳腔12，接纳腔设有进料口13和出料口14，在接纳腔内设有第一斜板15和第二斜板16，第一斜板15和第二斜板16均呈倾斜设置，并且第一斜板和第二斜板在高度方向上呈依次交错设置，如图中所示，交错的结构为：一斜板的末端位于另一斜板的正下方。第一斜板的第一边沿151与第二斜板的上板面161相对，第一斜板的第一边沿151与第二斜板的上板面161之间具有间距而形成过料口17。可以理解的是，采用第一斜板和第二斜板的结构，使得胶化剂在流出出料口的过程中存在折向，借此来达到分散胶化剂的作用。
性能测试
采用本发明的碱性电池负极制备方法获得的锌膏与按传统的工艺获得的锌膏实进行性能测试，实验结果如下：
1、锌膏粘度测试(粘度计型号：NDJ-4旋转粘度计；测试范围：10-2*106mPas,转子速度选择1.5rpm)。
测试样品数 本发明配制的锌膏粘度 传统工艺配制的锌膏粘度
上层 5.6*10<sup>4</sup>mPas-6.2*10<sup>4</sup>mPas 2.1*10<sup>4</sup>mPas-3.2*10<sup>4</sup>mPas
中层 5.4*10<sup>4</sup>mPas-6.1*10<sup>4</sup>mPas 2.4*10<sup>4</sup>mPas-3.5*10<sup>4</sup>mPas
下层 5.7*10<sup>4</sup>mPas-6.4*10<sup>4</sup>mPas 2.6*10<sup>4</sup>mPas-4.2*10<sup>4</sup>mPas
2、锌膏视密度测试(测量方法：称量法)
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碱性电池负极制备方法，包括以下步骤：
(1)电解液计量并排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，启动凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机以使凝胶电解液搅拌装置先对电解液进行搅拌A时间；
(2)搅拌A时间后，将胶化剂计量后分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中，胶化剂在B时间内完成排入，在排入胶化剂期间保持凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作；
(3)持续地使凝胶电解液搅拌装置的搅拌电机工作C时间；
(4)将步骤(3)所得到的产物老化D时间以使胶化剂溶胀；
(5)将步骤(4)所得到的凝胶电解液计量后排入锌膏搅拌设备的搅拌容器中，加入计量后的锌粉，利用锌膏搅拌设备对锌粉和凝胶电解液混合均匀；
(6)将步骤(5)所得到的锌膏排入锌膏周转容器；其中：
所述胶化剂通过分散专用漏斗分散地排入凝胶电解液搅拌装置的搅拌罐中；所述分散专用漏斗包括斗体，斗体具有接纳腔，接纳腔设有进料口和出料口，在接纳腔内设有第一斜板和第二斜板，第一斜板和第二斜板均呈倾斜设置，并且第一斜板和第二斜板在高度方向上呈依次交错设置，第一斜板的第一边沿与第二斜板的上板面相对，第一斜板的第一边沿与第二斜板的上板面之间具有间距而形成过料口。
2.根据权利要求1所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：A为1分钟。
3.根据权利要求1所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：B为6-8分钟。
4.根据权利要求1所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：A、B和C的总共时间为18-20分钟。
5.根据权利要求1所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：D为12-18小时。
6.根据权利要求1所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，加入锌粉后，对锌膏搅拌设备的搅拌容器抽真空，2分钟内空完成抽真空，真空度达到-0.09～0.10MPa，而后边抽真空边搅拌18-20分钟。
7.根据权利要求6所述的碱性电池负极制备方法，其特征在于：对锌膏周转容器进行抽真空，而后将锌膏搅拌设备的搅拌容器内的锌膏排入锌膏周转容器，期间真空度控制在-0.03～0.06MPa。
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