CN108172854A - 一种含有氧化锌的碱性锌锰电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锌锰电池，具体涉及一种含有氧化锌的碱性锌锰电池及其制备方法，电池包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环、负极锌膏、隔膜的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏所用的电解液含有氧化锌。本发明提出基于市场对高功率碱性锌锰电池需求日益增长的前提，增加了锌粉利用率的同时在一定程度上抑制了锌粉析氢，配合优化的电池正负极以及碱液浓度配比，该配方生产的碱性锌锰电池大电流放电性能有显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种锌锰电池，具体涉及一种含有氧化锌的碱性锌锰电池及其制备方法。
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在75-105μm范围内的锌粉少于10%，使用锌粉粒径较小的锌膏制备的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 的放电模式下放电约70次，远远不能满足市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有氧化锌的碱性锌锰电池及其制备方法，解决了现有技术中，碱性锌锰电池所用的锌粉粒的放电次数无法满足市场需求的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环、负极锌膏、隔膜的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏所用的电解液含有氧化锌。
进一步的，所述负极锌膏所用的电解液中的氧化锌浓度为0.003%-0.004%。
进一步的，所述电解二氧化锰含有含量均小于或等于0.03%的铜、镍、铁和汞。
进一步的，所述正极环所用的导电剂为石墨、多孔石墨、膨胀石墨和石墨烯中的一种或多种。
进一步的，所述负极锌膏所用的锌粉为含有铟的合金锌粉。
进一步的，所述负极锌膏所用的氧化锌为粉末状，粉末中325目的筛余物小于或等于0.0001%，粉末颗粒比表面积为4m2/g～6 m2/g，粉末中镉含量小于或等于0.0005%、铅含量小于或等于0.001%。
进一步的，所述氧化锌在负极锌膏中的浓度为3%～4%。
进一步的，所述负极锌膏还添加有硅酸钠和聚丙烯酸钠。
进一步的，所述正极环中电解液浓度范围为25%～40%，隔膜以及负极锌膏中电解液浓度范围为30%～40%。
一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，对锌粉、氧化锌、硅酸钠及丙烯酸钠等进行干混；
步骤二，待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入氢氧化钾和电解液得到负极锌膏，负极锌膏中含有浓度为30%～50%氢氧化钾，所加入的电解液中含有浓度为0.003%的氧化锌；
步骤三，组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为35%的电解液；
步骤四，对隔膜注入氢氧化钾浓度为36%的电解液，静置待隔膜完全润湿；
步骤五，将锌膏注入电池，组装成碱性锌锰电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出基于市场对高功率碱性锌锰电池需求日益增长的前提，增加了锌粉利用率的同时在一定程度上抑制了锌粉析氢，配合优化的电池正负极以及碱液浓度配比，该配方生产的碱性锌锰电池大电流放电性能有显著提高。
附图说明
图1为本发明在1000mA，10s/min，1h/d放电模式下的放电次数图。。
图2为本发明[1500mW，2s；650mW，28s](10T)/1h，24h/d放电模式下的放电次数图。
图3为本发明在3.9Ω，24h/d放电模式下放电至不同电压的放电次数图。
图4为一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的结构示意图。
图中：1：正极帽，2：正极环，3：钢壳，4：集流体铜钉，5：负极锌膏，6隔膜，7：密封圈，8支撑环，9负极底座。
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。
结合图4所示的含有氧化锌的碱性锌锰电池结构示意图，本发明公开了一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏所用的电解液含有氧化锌。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜6，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述负极锌膏5所用的电解液中的氧化锌浓度为0.003%-0.004%。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述电解二氧化锰含有含量均小于或等于0.03%的铜、镍、铁和汞。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述正极环所用的导电剂为石墨、多孔石墨、膨胀石墨和石墨烯中的一种或多种。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述负极锌膏5所用的锌粉为含有铟的合金锌粉。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述负极锌膏5所用的氧化锌为粉末状，粉末中325目的筛余物小于或等于0.0001%，粉末颗粒比表面积为4m2/g～6 m2/g（优选5 m2/g），粉末中镉含量小于或等于0.0005%、铅含量小于或等于0.001%。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的一个实施例：一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏5，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环4，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环4、负极锌膏5、隔膜6的电解液，所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏5所用的电解液含有氧化锌；所述氧化锌在负极锌膏5中的浓度为3%～4%。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的另一个实施例，所述负极锌膏还添加有硅酸钠和聚丙烯酸钠。
根据本发明一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的另一个实施例，所述正极环中电解液浓度范围为25%～40%，隔膜以及负极锌膏中电解液浓度范围为30%～40%。
本发明还提供了一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，对锌粉、氧化锌、硅酸钠及丙烯酸钠等进行干混；
步骤二，待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入氢氧化钾和电解液得到负极锌膏，负极锌膏中含有浓度为30%～50%氢氧化钾，所加入的电解液中含有浓度为0.003%的氧化锌；
步骤三，组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为35%的电解液；
步骤四，对隔膜注入氢氧化钾浓度为36%的电解液，静置待隔膜完全润湿；
步骤五，将锌膏注入电池，组装成碱性锌锰电池。
针对上述较佳实施例，现提供实施效果如下，用于评价本发明实施例提供的产品性能：
图1为本实施例在1000mA，10s/min，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529次，而对照组的放电次数为415次，放电次数提高27.5%，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。
图2为本实施例在[1500mW，2s；650mW，28s](10T)/1h，24h/d放电模式下的放电次数图。如图所示，对照组普通锌粉电池的放电容量为136次，而对照组的放电次数为67次，放电次数提高103%，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。
图3为本实施例与实施例一在3.9Ω，24h/d放电模式下放电至不同电压的放电次数图。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%。
根据上述一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的制备方法的实施例，作为优选，
作为优选，负极锌膏中氧化锌的加入量1%，研究不同负极锌膏中氧化锌浓度对电池性能的影响。
作为优选，氧化锌的加入量2%，研究不同负极锌膏中氧化锌浓度对电池性能的影响。结果表明，氧化锌的加入量为2%时，放电次数较氧化锌的加入量为1%时有明显增加。
作为优选，氧化锌的加入量4%，研究不同负极锌膏中氧化锌浓度对电池性能的影响。结果表明，氧化锌的加入量为4%时，放电次数较氧化锌的加入量为3%时有略微增加。
作为优选，氧化锌的加入量5%，研究不同负极锌膏中氧化锌浓度对电池性能的影响。结果表明，氧化锌的加入量为5%时，放电次数较氧化锌的加入量为4%几乎没有改变。
作为优选，负极电解液中氢氧化钾浓度变为30%。研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。
作为优选，氢氧化钾浓度变为32.5%，研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。结果表明，氢氧化钾浓度为32.5%时，放电次数较氢氧化钾浓度为30%时有略微增加。
作为优选，氢氧化钾浓度变为35%，研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。结果表明，氢氧化钾浓度为35%时，放电次数较氢氧化钾浓度为32.5%时有略微增加。
作为优选，中氢氧化钾浓度变为37.5%，研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。结果表明，氢氧化钾浓度为37.5%时，放电次数较氢氧化钾浓度为35%时有明显增加。
作为优选，氢氧化钾浓度变为40%，研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。结果表明，氢氧化钾浓度为40%时，放电次数较氢氧化钾浓度为37.5%时有明显增加。
作为优选，氢氧化钾浓度变为42.5%，研究不同负极电解液氢氧化钾浓度对电池性能的影响。结果表明，氢氧化钾浓度为42.5%时，放电次数较氢氧化钾浓度为40%时有略微增加。
上述任意氧化锌或氢氧化钾的浓度变化，均是可以实现本发明。
备得到的使用超细锌粉的碱性锌锰电池，分别与对比例相比，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以及活性物质利用率，使得电池容量相应得到明显提升。
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)
1.一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，包括由锌粉、氧化锌、硅酸钠和粘结剂制成的负极锌膏，包括由电解二氧化锰和导电剂制成的正极环，以及由纸浆或纤维混合物制成的隔膜，还有分别用于正极环、负极锌膏、隔膜的电解液，其特征在于：所述电解液均为氢氧化钾水溶液，其中，负极锌膏所用的电解液含有氧化锌。
2.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极锌膏所用的电解液中的氧化锌浓度为0.003%-0.004%。
3.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述电解二氧化锰含有含量均小于或等于0.03%的铜、镍、铁和汞。
4.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述正极环所用的导电剂为石墨、多孔石墨、膨胀石墨和石墨烯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极锌膏所用的锌粉为含有铟的合金锌粉。
6.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极锌膏所用的氧化锌为粉末状，粉末中325目的筛余物小于或等于0.0001%，粉末颗粒比表面积为4m2/g～6 m2/g，粉末中镉含量小于或等于0.0005%、铅含量小于或等于0.001%。
7.根据权利要求5所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述氧化锌在负极锌膏中的浓度为3%～4%。
8.根据权利要求1所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述负极锌膏还添加有硅酸钠和聚丙烯酸钠。
9.根据权利要求1～7所述的一种含有氧化锌的碱性锌锰电池，其特征在于：所述正极环中电解液浓度范围为25%～40%，隔膜以及负极锌膏中电解液浓度范围为30%～40%。
10.一种含有氧化锌的碱性锌锰电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，对锌粉、氧化锌、硅酸钠及丙烯酸钠等进行干混；
步骤二，待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入氢氧化钾和电解液得到负极锌膏，负极锌膏中含有浓度为30%～50%氢氧化钾，所加入的电解液中含有浓度为0.003%的氧化锌；
步骤三，组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为35%的电解液；
步骤四，对隔膜注入氢氧化钾浓度为36%的电解液，静置待隔膜完全润湿；
步骤五，将锌膏注入电池，组装成碱性锌锰电池。
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Application publication date: 20180615 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |