CN109494382B - 一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸 - Google Patents

一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸，首先，优化了电芯粉配方，采用电解二氧化锰、乙炔黑、氧化锌、电解液为原料并进行适合的重量配比，从而显著减少了电池内部析气量；其次，通过向负极锌筒材质中加入铋、铟、铝等金属，提高了锌的吸氢过电位，减少了电池自放电，进一步减少了析气量；再次，对无汞浆层纸上涂布的无汞电糊的配方进行了优化，其特定比例和工艺使得本发明无汞电池可以达到含汞电池的缓蚀效果。通过以上三方面机制，本发明所述无汞高功率锌锰电池可以从源头上解决无汞电池容易气胀及缓蚀效果不理想的问题，有效提高无汞高功率锌锰电池贮存性能以及安全性能。

Description

一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸。
背景技术
无汞电池是未来电池发展趋势，但目前的无汞高功率锌锰电池代汞缓蚀剂的缓蚀效果不是很理想，同时由于电池贮存时自放电较严重，容易导致电池气胀、漏液、电性能下降等质量问题，影响电池贮存性能和使用安全性。现有的无汞高功率锌锰电池为减少电池气胀带来安全隐患，虽然在结构上作了一些改进，但是目前的无汞电池在高温条件下仍存在冒油、电池失效等安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种无汞高功率锌锰电池及其电芯粉、锌筒及无汞浆层纸，所述无汞高功率锌锰电池，能够显著降低电池自放电，减少析气量，从而可以从源头上解决无汞电池气胀、冒油、电性能下降等问题，有效提高无汞电池贮存存性能以及安全性能。
本发明的技术方案为：
一种无汞高功率锌锰电池电芯粉，原料组分包括：
电解二氧化锰210-230重量份、乙炔黑35-45重量份、氧化锌2-3重量份、电解液180-220重量份。
进一步地，所述电芯粉的pH值为4.8-5.3，所述电芯粉的含水率为29.5-30.5％。
进一步地，所述电解二氧化锰中，二氧化化锰≥91.5％、铁≤0.002％、铜≤0.0005％、镍≤0.0001％、水≤2％。
进一步地，所述电解液为氯化锌和氯化铵的混合水溶液，所述混合水溶液中氯化锌和氯化铵的摩尔比为0.1-0.2:0.06-0.08。
一种包括所述电芯粉的无汞高功率锌锰电池。
进一步地，所述电池的外壳为锌筒，所述锌筒的材质组成包括锌、铋、铟和铝。
进一步地，所述锌筒的材质组成包括铋0.001-0.003％、铟0.0005-0.0015％、铝0.002-0.004％，其余为锌。
进一步地，所述锌筒按照如下方法制备：将锌、铋、铟和铝混合后，加热至430-440℃得到熔体，充分搅拌后浇注得到锌板，经冲制、挤压即得。
进一步地，在所述电芯粉和锌筒之间用无汞浆层纸作隔离层，所述无汞浆层纸采用如下方法制备：将K8电缆纸双面涂布无汞电糊，于100-105℃烘干，即得。
进一步地，所述无汞电糊的原料组分包括：氯化锌9-11％、氯化铵16-19％、面粉5-7％、糯米粉3-5％、醚化淀粉10-12％、聚乙烯醇0.08-0.15％、聚丙烯酰胺0.02-0.04％、硼酸0.005-0.015％、烷基酚聚氧乙烯醚0.04-0.15％、三氯化铋0.01-0.02％、氯化铟0.01-0.03％，其余为水。
本发明的有益效果为：
本发明所述无汞高功率锌锰电池，首先，优化了电芯粉配方，采用电解二氧化锰、乙炔黑、氧化锌、电解液为原料并进行适合的重量配比，从而显著减少了电池内部析气量；其次，通过向负极锌筒材质中加入铋、铟、铝等金属，提高了锌的吸氢过电位，减少了电池自放电，进一步减少了析气量；再次，对无汞浆层纸上涂布的无汞电糊的配方进行了优化，其特定比例和工艺使得本发明无汞电池可以达到含汞电池的缓蚀效果。通过以上三方面机制，本发明所述无汞高功率锌锰电池可以从源头上解决无汞电池容易气胀及缓蚀效果不理想的问题，有效提高无汞高功率锌锰电池贮存性能以及安全性能。
附图说明
图1为本发明所述无汞高功率锌锰电池的结构示意图。
图中：1-锌筒；2-电芯；3-碳棒；4-无汞浆层纸；5-底碗；6-组合帽；7-胶水；8-复压圈；9-商标；10-铁底。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种无汞高功率锌锰电池电芯粉，原料组分包括：电解二氧化锰220kg、乙炔黑40kg、氧化锌2.5kg、电解液200kg。调整所述电芯粉的pH值为4.8，含水率为29.5％。所述电解二氧化锰中，二氧化锰≥91.5％、铁≤0.002％、铜≤0.0005％、镍≤0.0001％、水≤2％；所述电解液为氯化锌和氯化铵按摩尔比0.197:0.075组成的混合水溶液。
进一步，提供一种无汞高功率锌锰电池的锌筒，所述锌筒的材质组成包括铋0.002％、铟0.001％和铝0.003％，其余为锌。所述锌筒采用如下方法制备得到：将锌、铋、铟和铝混合后加热至430℃得到熔体，充分搅拌后浇注得到锌板，经冲制、挤压即得。
进一步，提供一种在所述电芯粉和锌筒之间的无汞浆层纸，所述无汞浆层纸采用如下方法制备得到：
S1、制备无汞电糊
(1)低浓度电液配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比8.7:23.5:67.8混合后，通过吊锌片净化处理即得，其中铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格；
(2)聚乙烯醇溶液的配制
将聚乙烯醇、硼酸和水按质量比8:0.5:91.5混合后，水浴加热至沸腾，边加热边搅拌，即得；
(3)聚丙烯酰胺溶液的配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比21.5:20.5:58混合后，通过吊锌片净化处理，铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格，得到高浓度电解液；向所述高浓度电液中加入占所述高浓度电解液质量0.15％的聚丙烯酰胺进行浸泡，充分搅拌，直至完全溶解，即得；
(4)无汞电糊的配制
向陶瓷缸中依次加入251L低浓度电液、7.2L聚乙烯醇溶液、20kg糯米粉、29.5kg面粉、54.7kg醚化淀粉、0.36L烷基酚聚氧乙烯醚、110L聚丙烯酰胺溶液，充分搅拌至均匀，然后依次缓慢加入0.5L氯化铟水溶液(10wt％)、1L三氯化铋水溶液(10wt％)，边加边搅拌，混合均匀，即得；
S2、浆层纸涂制
K8电缆纸先单面通过涂布机涂一层无汞电糊，无汞电糊涂制前要不停搅拌，使其中各组分均匀分布，再通过100-105℃的烘箱将其烘干，然后涂制另一面，最后卷起，分切，即得所述无汞浆层纸。
进一步，提供一种包括所述电芯粉、锌筒和无汞浆层纸的无汞高功率锌锰电池，所述电池的结构如图1所示，所述电池的制备步骤具体为：
裁切无汞浆层纸4，紧贴锌筒1内壁设置，裁切底碗5置于锌筒1的底部，紧贴锌筒1的底壁设置；电芯粉加压成型得到电芯2后，置入锌筒1内，并利用无汞浆层纸4将成型后的电芯2与所述锌筒1隔开，在所述成型后的电芯2的上方设置复压圈8进行复压，电芯2内部插设碳棒3，锌筒1内壁上沿及炭棒3上部涂胶水7，在锌筒顶部盖设一个组合帽6后进行卷口；套商标9、上铁底10后进行热缩，即得。
实施例2
本实施例提供一种无汞高功率锌锰电池电芯粉，原料组分包括：电解二氧化锰210kg、乙炔黑35kg、氧化锌2kg、电解液180kg。调整所述电芯粉的pH值为5.3，含水率为30.5％。所述电解二氧化锰中，二氧化化锰≥91.5％、铁≤0.002％、铜≤0.0005％、镍≤0.0001％、水≤2％；所述电解液为氯化锌和氯化铵按摩尔比0.1:0.06组成的混合水溶液。
进一步，提供一种无汞高功率锌锰电池的锌筒，所述锌筒的材质组成包括铋0.001％、铟0.0005％和铝0.002％，其余为锌。所述锌筒采用如下方法制备得到：将锌、铋、铟和铝混合后加热至440℃得到熔体，充分搅拌后浇注得到锌板，经冲制、挤压即得。
进一步，提供一种在所述电芯粉和锌筒之间的无汞浆层纸，所述无汞浆层纸采用如下方法制备得到：
S1、制备无汞电糊
(1)低浓度电液配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比8.7:23.5:67.8混合后，通过吊锌片净化处理即得，其中铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格；
(2)聚乙烯醇溶液的配制
将聚乙烯醇、硼酸和水按质量比8:0.5:91.5混合后，水浴加热至沸腾，边加热边搅拌，即得；
(3)聚丙烯酰胺溶液的配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比21.5:20.5:58混合后，通过吊锌片净化处理，铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格，得到高浓度电解液；向所述高浓度电液中加入占所述高浓度电解液质量0.15％的聚丙烯酰胺进行浸泡，充分搅拌，直至完全溶解，即得；
(4)无汞电糊的配制
向陶瓷缸中依次加入240L低浓度电液、5L聚乙烯醇溶液、16kg糯米粉、25kg面粉、50kg醚化淀粉、0.2L烷基酚聚氧乙烯醚、105L聚丙烯酰胺溶液，充分搅拌至均匀，然后依次缓慢加入0.3L氯化铟水溶液(10wt％)、0.6L三氯化铋水溶液(10wt％)，边加边搅拌，混合均匀，即得；
S2、浆层纸涂制
K8电缆纸先单面通过涂布机涂一层无汞电糊，无汞电糊涂制前要不停搅拌，使其中各组分均匀分布，再通过100-105℃的烘箱将其烘干，然后涂制另一面，最后卷起，分切，即得所述无汞浆层纸。
进一步，提供一种包括所述电芯粉、锌筒和无汞浆层纸的无汞高功率锌锰电池，所述电池的结构如图1所示，所述电池的制备步骤具体为：
裁切无汞浆层纸4，紧贴锌筒1内壁设置，裁切底碗5置于锌筒1的底部，紧贴锌筒1的底壁设置；电芯粉加压成型得到电芯2后，置入锌筒1内，并利用无汞浆层纸4将成型后的电芯2与所述锌筒1隔开，在所述成型后的电芯2的上方设置复压圈8进行复压，电芯2内部插设碳棒3，锌筒1内壁上沿及炭棒3上部涂胶水7，在锌筒顶部盖设一个组合帽6后进行卷口；套商标9、上铁底10后进行热缩，即得。
实施例3
本实施例提供一种无汞高功率锌锰电池电芯粉，原料组分包括：电解二氧化锰230kg、乙炔黑45kg、氧化锌3kg、电解液220kg。调整所述电芯粉的pH值为5.0，含水率为29.8％。所述电解二氧化锰中，二氧化化锰≥91.5％、铁≤0.002％、铜≤0.0005％、镍≤0.0001％、水≤2％；所述电解液为氯化锌和氯化铵按摩尔比0.2:0.08组成的混合水溶液。
进一步，提供一种无汞高功率锌锰电池的锌筒，所述锌筒的材质组成包括铋0.003％、铟0.0015％和铝0.004％，其余为锌。所述锌筒采用如下方法制备得到：将锌、铋、铟和铝混合后加热至440℃得到熔体，充分搅拌后浇注得到锌板，经冲制、挤压即得。
进一步，提供一种在所述电芯粉和锌筒之间的无汞浆层纸，所述无汞浆层纸采用如下方法制备得到：
S1、制备无汞电糊
(1)低浓度电液配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比8.7:23.5:67.8混合后，通过吊锌片净化处理即得，其中铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格；
(2)聚乙烯醇溶液的配制
将聚乙烯醇、硼酸和水按质量比8:0.5:91.5混合后，水浴加热至沸腾，边加热边搅拌，即得；
(3)聚丙烯酰胺溶液的配制
将氯化锌、氯化铵和水按质量比21.5:20.5:58混合后，通过吊锌片净化处理，铁含量≤0.0001％，腐蚀试验检验合格，得到高浓度电解液；向所述高浓度电液中加入占所述高浓度电解液质量0.15％的聚丙烯酰胺进行浸泡，充分搅拌，直至完全溶解，即得；
(4)无汞电糊的配制
向陶瓷缸中依次加入280L低浓度电液、9L聚乙烯醇溶液、24kg糯米粉、33kg面粉、56kg醚化淀粉、0.5L烷基酚聚氧乙烯醚、115L聚丙烯酰胺溶液，充分搅拌至均匀，然后依次缓慢加入0.8L氯化铟水溶液(10wt％)、1.5L三氯化铋水溶液(10wt％)，边加边搅拌，混合均匀，即得；
S2、浆层纸涂制
K8电缆纸先单面通过涂布机涂一层无汞电糊，无汞电糊涂制前要不停搅拌，使其中各组分均匀分布，再通过100-105℃的烘箱将其烘干，然后涂制另一面，最后卷起，分切，即得所述无汞浆层纸。
进一步，提供一种包括所述电芯粉、锌筒和无汞浆层纸的无汞高功率锌锰电池，所述电池的结构如图1所示，所述电池的制备步骤具体为：
裁切无汞浆层纸4，紧贴锌筒1内壁设置，裁切底碗5置于锌筒1的底部，紧贴锌筒1的底壁设置；电芯粉加压成型得到电芯2后，置入锌筒1内，并利用无汞浆层纸4将成型后的电芯2与所述锌筒1隔开，在所述成型后的电芯2的上方设置复压圈8进行复压，电芯2内部插设碳棒3，锌筒1内壁上沿及炭棒3上部涂胶水7，在锌筒顶部盖设一个组合帽6后进行卷口；套商标9、上铁底10后进行热缩，即得。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种无汞高功率锌锰电池电芯粉，其特征在于，原料组分包括：电解二氧化锰210-230重量份、乙炔黑35-45重量份、氧化锌2-3重量份、电解液180-220重量份；
所述电解二氧化锰中，二氧化化锰≥91.5％、铁≤0.002％、铜≤0.0005％、镍≤0.0001％、水≤2％；
所述电芯粉的pH值为4.8-5.3，所述电芯的含水率为29.5-30.5％。
2.根据权利要求1所述的无汞高功率锌锰电池电芯粉，其特征在于，所述电解液为氯化锌和氯化铵的混合水溶液，所述混合水溶液中氯化锌和氯化铵的摩尔比为0.1-0.2:0.06-0.08。
3.一种包括权利要求1-2中任一项所述电芯粉的无汞高功率锌锰电池。
4.根据权利要求3所述的无汞高功率锌锰电池，其特征在于，所述电池的外壳为锌筒，所述锌筒的材质组成包括锌、铋、铟和铝。
5.根据权利要求4所述的无汞高功率锌锰电池，其特征在于，所述锌筒的材质组成包括铋0.001-0.003％、铟0.0005-0.0015％、铝0.002-0.004％，其余为锌。
6.根据权利要求4或5所述的无汞高功率锌锰电池，其特征在于，将锌、铋、铟和铝混合后，加热至430-440℃得到熔体，充分搅拌后浇注得到锌板，经冲制、挤压即得。
7.根据权利要求4所述的无汞高功率锌锰电池，其特征在于，在所述电芯粉和锌筒之间用无汞浆层纸作隔离层，所述无汞浆层纸采用如下方法制备：将K8电缆纸双面涂布无汞电糊，于100-105℃烘干，即得。
8.根据权利要求7所述的无汞高功率锌锰电池，其特征在于，所述无汞电糊的原料组分包括：氯化锌9-11％、氯化铵16-19％、面粉5-7％、糯米粉3-5％、醚化淀粉10-12％、聚乙烯醇0.08-0.15％、聚丙烯酰胺0.02-0.04％、硼酸0.005-0.015％、烷基酚聚氧乙烯醚0.04-0.15％、三氯化铋0.01-0.02％、氯化铟0.01-0.03％，其余为水。
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Denomination of invention: Mercury free high power zinc manganese battery and its cell powder, zinc cylinder and mercury free paper

Effective date of registration: 20221024

Granted publication date: 20201127

Pledgee: Fuyang sub branch of Bank of Hangzhou Co.,Ltd.

Pledgor: HANGZHOU ETERNAL BATTERY Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980019394