CN108682784A - 一种一次碱性电池正极的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种一次碱性电池正极的制备工艺，包括以下步骤：(1)按照一定的质量配比称取正极粉料；(2)向正极粉料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入一定量的浓度为41wt％‑43wt％的电解液，制得所述一次碱性电池正极。本发明的制备工艺在正极拌粉过程中不使用碱性溶液，提高了粉环成型模具、配件的使用寿命，降低了生产成本。

Description

一种一次碱性电池正极的制备工艺

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种一次碱性电池正极的制备工艺。

背景技术

一次碱性电池在制造生产过程中，正极拌粉、粉环生产制作过程是一个非常重要的环节，而碱性电解液一直以来又是一个必须使用的材料，但其在使用过程中由于碱性电解液是一个强碱对正极拌粉和粉环成型的模具、配件腐蚀较大，导致模具、配件使用寿命大大降低。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种一次碱性电池正极的制备工艺，在正极拌粉过程中不使用碱性溶液，提高了粉环成型模具、配件的使用寿命，降低了生产成本。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种一次碱性电池正极的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照一定的质量配比称取正极粉料：正极导电材料、添加剂、粘结剂和二氧化锰；

(2)向添加剂、粘结剂、二氧化锰和导电材料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；

(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；

(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入一定量的浓度为41wt％-43wt％的电解液，制得所述一次碱性电池正极。

本发明的制备工艺，在正极拌粉过程中采用水进行拌粉，使得拌好的粉料中不含有碱性物质，改变了传统拌粉中加入碱性电解液进行拌粉的方法，避免了由于碱性电解液对正极拌粉和粉环成型的模具、配件腐蚀较大，导致模具、配件使用寿命大大降低的问题，后续再注入电解液时，将原始的浓度为38wt％左右的电解液浓度提升为浓度为41wt％-43wt％的电解液，注入的电解液浓度提高了4wt％-5wt％，用于弥补正极环中的不含有碱性电解液，同时注入电解液之后，静置一定时间，待正极环吸收完电解液之后，即制得所述一次碱性电池正极，由于正极环中不含有电解液，使得电解液中的碱性溶剂能够更快的向正极环中迁移和扩散。使用本发明的制备方法制得的一次碱性电池正极制备的一次碱性电池，电性能、安全性能、防漏性能均与现有技术中加碱性电解液进行正极拌粉、粉环成型工艺生产的电池无明显差异，但使拌粉和粉环成型模具、配件的使用寿命提高2-3倍，大大降低了生产成本，并节约了更换模具、配件的时间，具有较高的经济性。

优选的，所述步骤(1)中，各组分的质量份数为：正极导电材料5-8份，添加剂0.5-0.8份，粘结剂0.25-0.5份，二氧化锰90-96份，其中所述正极导电材料由石墨和石墨烯按照质量比为1:2-4复配，所述粘结剂由硬脂酸锌和HA1681按照质量比为1:3-8复配，所述二氧化锰的粒径为50-150μm。

本发明的制备工艺通过使用石墨和石墨烯作为正极导电材料，并采用以上含量，不仅可以有效降低电池内阻，提高活性物质的利用率，也可以减少正极导电材料的用量，提高电池活性物质的含量，从而提高电池放电容量和综合性能。本发明的制备工艺中，将正极导电材料分两次进行拌粉，不仅使石墨烯和石墨易于分散均匀，同时也能提高正极活性物质的利用率，采用本发明的制备工艺制得的正极环成型良好，正极导电材料分散均匀，可使电池放电均匀、综合性能得到提高。本发明通过选择硬脂酸锌和HA1681混合作为粘结剂，并采用以上含量，具有较好的粘结效果，使制得的正极环成型良好，成分、重量均匀，性能稳定。

优选的，所述添加剂由以下质量份数的原料组成：氧化钇2-8份、氢氧化钇2-12份、多腈基化合物0.3-0.8份、二草酸硼酸锂1.2-1.8份、溴化钾0.2-0.8份。

本发明的制备工艺通过采用以上原料组分作为添加剂，配比合理，能够有效降低电池内阻和析气量，大大提高了电池新电性能和高温贮存性能，效果显著。

优选的，所述步骤(2)中，加入的水的质量和总的正极拌粉的质量比为5-7：93-95。

本发明的制备工艺通过将加入水的质量和总的正极拌粉的质量比为5-7：93-95，既保证了正极环的成型良好，又使得后续补加的电解液的浓度不会太高，影响电池性能。

优选的，所述步骤(2)中，正极拌粉料的具体制备方法为：先将添加剂、粘结剂、二氧化锰和三分之二的导电材料进行干搅拌，之后加入水进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，再将得到的颗粒粉料进行搅拌，搅拌颗粒粉料的同时添加剩余的导电材料，搅拌均匀后得到所述正极拌粉料。

本发明的制备工艺中，将导电材料分两次加入，进行搅拌，不仅使正极导电材料分散更均匀，也可以提高正极的导电率，从而提高正极活性物质的利用率；步骤(2)中将粉料制备成颗粒粉料，然后进行第二拌粉，使得颗粒之间的摩擦力较大，使导电材料分散更均匀从而最终制得的正极环成分、重量均匀，性能稳定。

优选的，所述步骤(2)中，颗粒粉料的粒径为60-80目。

步骤(2)中将粉料制备成颗粒粉料，然后进行第二拌粉，使得颗粒之间的摩擦力较大，使导电材料分散更均匀从而最终制得的正极环成分、重量均匀，性能稳定。

优选的，搅拌方式为采用公转和自转两种方式结合，公转搅拌的速度为380-500r/m，自转搅拌的速度80-150r/m。

本发明的制备工艺通过采用公转和自转结合的搅拌方式，大大缩短了搅拌所需要的时间，从而提高搅拌的生产效率。

优选的，所述步骤(3)中，还包括干燥处理，干燥温度为100-120℃，所述正极环的含水量为2％-3％。

本发明的制备工艺通过将正极环的含量水控制为2％-3％，使得后续补加的电解液的浓度不会太高，影响电池性能。

优选的，所述步骤(4)中，所述电解液的注入量为1.5-1.7g；所述步骤(4)中，电解液由以下质量的原料组成：41-43g的氢氧化钾、10-15g的具有伯氨基的化合物和42-49g的水，所述化合物的分子量为150-250之间。

本发明的制备工艺通过将原始的浓度为38wt％左右的电解液浓度提升为浓度为41wt％-43wt％的电解液，注入的电解液浓度提高了4wt％-5wt％，用于弥补正极环中的不含有碱性电解液，同时注入电解液之后，由于正极环中不含有电解液，使得电解液中的碱性溶剂能够更快的向正极环中迁移和扩散。

在电解液中添加浓度为10wt％-15wt％的具有伯氨基的化合物，能够改善一次碱性电池的放电特性，使其放电更加稳定，同时，所述化合物的分子量为150-250之间，便于溶解并均匀分散于电解液中，使其效果更加优良。

本发明的有益效果在于：本发明的制备工艺，在正极拌粉过程中采用水进行拌粉，使得拌好的粉料中不含有碱性物质，改变了传统拌粉中加入碱性电解液进行拌粉的方法，避免了由于碱性电解液对正极拌粉和粉环成型的模具、配件腐蚀较大，导致模具、配件使用寿命大大降低的问题，后续再注入电解液时，将原始的浓度为38wt％左右的电解液浓度提升为浓度为41wt％-43wt％的电解液，注入的电解液浓度提高了4wt％-5wt％，用于弥补正极环中的不含有碱性电解液，同时注入电解液之后，静置一定时间，待正极环吸收完电解液之后，即制得所述一次碱性电池正极，由于正极环中不含有电解液，使得电解液中的碱性溶剂能够更快的向正极环中迁移和扩散。使用本发明的制备方法制得的一次碱性电池正极制备的一次碱性电池，电性能、安全性能、防漏性能均与现有技术中加碱性电解液进行正极拌粉、粉环成型工艺生产的电池无明显差异，但使拌粉和粉环成型模具、配件的使用寿命提高2-3倍，大大降低了生产成本，并节约了更换模具、配件的时间，具有较高的经济性。

附图说明

图1是使用本发明实施例1-3的一次碱性电池正极制备的一次碱性电池与使用碱性电解液进行正极拌粉料的工艺制备的一次碱性电池的放电曲线图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图1和实施例1-3对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种一次碱性电池的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照一定的质量配比称取正极粉料：正极导电材料、添加剂、粘结剂和二氧化锰；

(2)向添加剂、粘结剂、二氧化锰和导电材料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；

(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；

(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入一定量的浓度为41wt％的电解液，静置一定时间后，待所述正极环完全吸收电解液后，制得所述一次碱性电池正极。

所述步骤(1)中，各组分的质量份数为：正极导电材料5份，添加剂0.8份，粘结剂0.25份，二氧化锰90份，其中所述正极导电材料由石墨和石墨烯按照质量比为1:2复配，所述粘结剂由硬脂酸锌和HA1681按照质量比为1:3复配，所述二氧化锰的粒径为50-60μm。

所述添加剂由以下质量份数的原料组成：氧化钇2份、氢氧化钇2份、多腈基化合物0.8份、二草酸硼酸锂1.8份、溴化钾0.8份。

所述步骤(2)中，加入的水的质量和总的正极拌粉的质量比为7:93。

所述步骤(2)中的搅拌方式为采用公转和自转两种方式结合，公转搅拌的速度为380r/m，自转搅拌的速度80r/m。

所述步骤(2)中，正极拌粉料的具体制备方法为：先将添加剂、粘结剂、二氧化锰和三分之二的导电材料进行干搅拌，之后加入水进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，再将得到的颗粒粉料进行搅拌，搅拌颗粒粉料的同时添加剩余的导电材料，搅拌均匀后得到所述正极拌粉料。

所述步骤(3)中，正极拌粉料的粒径为60-65目。

所述步骤(3)中，还包括干燥处理，干燥温度为100℃，所述正极环的含水量为3％。

所述步骤(4)中，所述氢氧化钾溶液的注入量为1.7g；所述步骤(4)中，电解液由以下质量的原料组成：41g的氢氧化钾、10g的具有伯氨基的化合物和49g的水，所述化合物的分子量为150-160之间。

实施例2

一种一次碱性电池的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照一定的质量配比称取正极粉料：正极导电材料、添加剂、粘结剂和二氧化锰；

(2)向添加剂、粘结剂、二氧化锰和导电材料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；

(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；

(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入一定量的浓度为43wt％的电解液，静置一定时间后，待所述正极环完全吸收电解液后，制得所述一次碱性电池正极。

所述步骤(1)中，各组分的质量份数为：正极导电材料8份，添加剂0.5份，粘结剂0.5份，二氧化锰96份，其中所述正极导电材料由石墨和石墨烯按照质量比为1:4复配，所述粘结剂由硬脂酸锌和HA1681按照质量比为1:8复配，所述二氧化锰的粒径为135-150μm。

所述添加剂由以下质量份数的原料组成：氧化钇8份、氢氧化钇12份、多腈基化合物0.3份、二草酸硼酸锂1.2份、溴化钾0.2份。

所述步骤(2)中，加入的水的质量和总的正极拌粉的质量比为5：95。

所述步骤(2)中的搅拌方式为采用公转和自转两种方式结合，公转搅拌的速度为500r/m，自转搅拌的速度150r/m。

所述步骤(2)中，正极拌粉料的具体制备方法为：先将添加剂、粘结剂、二氧化锰和三分之二的导电材料进行干搅拌，之后加入水进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，再将得到的颗粒粉料进行搅拌，搅拌颗粒粉料的同时添加剩余的导电材料，搅拌均匀后得到所述正极拌粉料。

所述步骤(3)中，正极拌粉料的粒径为75-80目。

所述步骤(3)中，还包括干燥处理，干燥温度为120℃，所述正极环的含水量为2％。

所述步骤(4)中，所述氢氧化钾溶液的注入量为1.5g；所述步骤(4)中，电解液由以下质量的原料组成：43g的氢氧化钾、12g的具有伯氨基的化合物和45g的水，所述化合物的分子量为180-200之间。

实施例3

一种一次碱性电池的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照一定的质量配比称取正极粉料：正极导电材料、添加剂、粘结剂和二氧化锰；

(2)向添加剂、粘结剂、二氧化锰和导电材料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；

(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；

(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入电解液，所述电解液的浓度为42wt％，静置一定时间后，待所述正极环完全吸收电解液后，制得所述一次碱性电池正极。

所述步骤(1)中，各组分的质量份数为：正极导电材料7份，添加剂0.6份，粘结剂0.35份，二氧化锰95份，其中所述正极导电材料由石墨和石墨烯按照质量比为1:3复配，所述粘结剂由硬脂酸锌和HA1681按照质量比为1:5复配，所述二氧化锰的粒径为100-110μm。

所述添加剂由以下质量份数的原料组成：氧化钇5份、氢氧化钇8份、多腈基化合物0.5份、二草酸硼酸锂1.6份、溴化钾0.7份。

所述步骤(2)中，加入的水的质量和总的正极拌粉的质量比为6：94。

所述步骤(2)中的搅拌方式为采用公转和自转两种方式结合，公转搅拌的速度为450r/m，自转搅拌的速度100r/m。

所述步骤(2)中，正极拌粉料的具体制备方法为：先将添加剂、粘结剂、二氧化锰和三分之二的导电材料进行干搅拌，之后加入水进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，再将得到的颗粒粉料进行搅拌，搅拌颗粒粉料的同时添加剩余的导电材料，搅拌均匀后得到所述正极拌粉料。

所述步骤(3)中，正极拌粉料的粒径为70目。

所述步骤(3)中，还包括干燥处理，干燥温度为105℃，所述正极环的含水量为2％。

所述步骤(4)中，所述氢氧化钾溶液的注入量为1.6g；所述步骤(4)中，电解液由以下质量的原料组成：42g的氢氧化钾、15g的具有伯氨基的化合物和43g的水，所述化合物的分子量为230-250之间。

如表1-2，分别是使用本实施例1-3的一次碱性电池正极制得的电池与使用碱性电解液进行正极拌粉的工艺制得的普通电池的性能对比和放电数据对比；表3是使用本实施例1-3的一次碱性电池正极制得的电池与使用碱性电解液进行正极拌粉的工艺制得的普通电池的防漏性能检测数据对比；表4是使用本实施例1-3的一次碱性电池正极制得的电池与使用碱性电解液进行正极拌粉的工艺制得的普通电池的安全性能检测数据对比；

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	普通电池
					开压(V)	1.620	1.618	1.621	1.643
首压(V)	1.585	1.585	1.588	1.616
					容量(mAh)	2445.8	2458.4	2463.8	2447.6

表2

表3

表4

通过表1的对比数据可以看出，使用本发明的一次碱性电池正极制备的电池性能与普通电池性能无明显差异，通过表2的对比数据可以看出，使用本发明的一次碱性电池正极制备的电池与普通电池的放电时间无明显差异，进一步说明了使用本发明的一次碱性电池正极制备的电池与普通电池的电性能方面无明显差异，表3和表4分别说明使用本发明的一次碱性电池正极制备的电池与普通电池的安全性能、防漏性能方面无明显差异，通过图1的对比可知使用本发明的一次碱性电池正极制备的一次碱性电池的电性能与普通电池无明显差异。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照一定的质量配比称取正极粉料：正极导电材料、添加剂、粘结剂和二氧化锰；

(2)向添加剂、粘结剂、二氧化锰和导电材料中加入一定量的水进行搅拌，搅拌均匀后得到正极拌粉料；

(3)将步骤(2)中得到的正极拌粉料制作成正极环；

(4)将步骤(3)中的正极环套进电池壳中，并在正极环中套入隔膜筒，并向隔膜筒中注入一定量的浓度为41wt％-43wt％的电解液，制得所述一次碱性电池正极。

2.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，各组分的质量份数为：正极导电材料5-8份，添加剂0.5-0.8份，粘结剂0.25-0.5份，二氧化锰90-96份，其中所述正极导电材料由石墨和石墨烯按照质量比为1:2-4复配，所述粘结剂由硬脂酸锌和HA1681按照质量比为1:3-8复配，所述二氧化锰的粒径为50-150μm。

3.根据权利要求2所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述添加剂由以下质量份数的原料组成：氧化钇2-8份、氢氧化钇2-12份、多腈基化合物0.3-0.8份、二草酸硼酸锂1.2-1.8份、溴化钾0.2-0.8份。

4.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，加入的水的质量和总的正极拌粉的质量比为5-7：93-95。

5.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，正极拌粉料的具体制备方法为：先将添加剂、粘结剂、二氧化锰和三分之二的导电材料进行干搅拌，之后加入水进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，再将得到的颗粒粉料进行搅拌，搅拌颗粒粉料的同时添加剩余的导电材料，搅拌均匀后得到所述正极拌粉料。

6.根据权利要求5所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，颗粒粉料的粒径为60-80目。

7.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中的搅拌方式为采用公转和自转两种方式结合，公转搅拌的速度为380-500r/m，自转搅拌的速度80-150r/m。

8.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，还包括干燥处理，干燥温度为100-120℃，所述正极环的含水量为2％-3％。

9.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，所述电解液的注入量为1.5-1.7g。

10.根据权利要求1所述的一次碱性电池正极的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，电解液由以下质量的原料组成：41-43g的氢氧化钾、10-15g的具有伯氨基的化合物和42-49g的水，所述化合物的分子量为150-250之间。