CN110492092A - 一种稀土合金掺杂的锌锰电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：58～71wt％锌粉、1.5～6wt％粘结剂、25～42wt％电解液、0.5～3wt％复合添加剂和100～1000ppm稀土金属。本发明的锌锰电池不添加任何含铅含汞材料，使用过程中不易产生电池膨胀、漏液、析气等问题，所制得的电池环保安全、性能稳定，使用寿命长。本发明还公开了一种稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法。

Description

一种稀土合金掺杂的锌锰电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锌锰电池的技术领域，尤其涉及一种稀土合金掺杂的锌锰电池及其制备方法。

背景技术

锌锰电池广泛用于民用和工业，特别适用于闪光照相机，微型收录机，摄像机，对讲机，剃须刀，手掌型彩电和游戏机，玩具，遥测器，报警器，计算器，助听器，手电筒和电钟等仪器设备。随着仪器设备的功能日益增多增强，对锌锰电池的高功率大电流放电性能要求越来越高。

锌膏作为锌锰电池制备的重要组成材料，其性能对锌锰电池的放电能力及使用寿命均具有关键的作用。尽管，现有的锌锰电池部分采用了无汞无铅的稀土合金材料作为负极锌膏的缓蚀剂使用，但是在电池高功率大电流放电时，由于锌膏膨胀导致漏液、放电性能下降，析氢量增加等问题产生，从而造成用电设备的损坏和使用安全。

鉴于此，亟需提供一种稀土合金掺杂的锌锰电池，使其满足高功率大电流放电时电池的使用需求和安全需求，同时使其具有放电能力强、使用寿命长且无铅无汞的锌膏优势。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明要解决的技术问题就是针对锌锰电池其放电性能的不足，及使用寿命短的问题，提供一种稀土合金掺杂的锌锰电池及其制备方法，即提高了锌锰电池的放电性能，防止电池使用过程中所出现的电池膨胀、漏液和析气等问题的产生，同时使其具有稳定的性能和长使用寿命等诸多优势，更加利于大规模推广应用。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：58～71wt％锌粉、1.5～6wt％粘结剂、25～42wt％电解液、0.5～3wt％复合添加剂和100～1000ppm稀土金属。

优选的，所述锌粉为纳米锌粉，颗粒直径为500～900nm。

优选的，所述粘结剂由羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯中的至少两种组成。

优选的，所述电解液由以下重量份数的原料组成：10～50份氢氧化钾、15～30份二钠四羟基锌酸盐和40～80份去离子水。

优选的，所述稀土金属为氧化铟和氧化铋中的至少一种。

优选的，所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为8～20：15～50：3～18：1～5。

所添加的笼型倍半硅氧烷呈纳米微球三维笼型结构，不仅有效防止负极锌膏在电池长期放电后出现的膨胀现象的发生，减缓漏液问题的产生，从而有效提高电池的存储性能和使用电性能。

另外，通过八羟基笼型倍半硅氧烷与粘结剂的共聚反应，由于无机相与有机相间通过强的化学键结合，不存在无机粒子的团聚和两相界面结合力弱的问题，形成的高强度的三维网状结构，再提高负极锌膏粘结性，避免电池发生漏液和膨胀现象发生的同时，提高了负极锌膏的使用温度，进一步延长了电池的使用寿命。

优选的，所述乙醇胺磷酸酯衍生物为单乙醇胺磷酸酯二钠盐、丁醇聚氧乙烯醚磷酸酯三乙醇胺盐、十二烷基磷酸酯二乙醇胺盐、叔丁氧羰基-乙醇胺二苄基磷酸酯、二乙醇胺-油醇聚醚-3磷酸酯中的至少一种。所添加的乙醇胺磷酸酯及其衍生物可以协同笼型倍半硅氧烷，进一步起到延缓负极锌粉腐蚀的作用，同时具有良好的分散作用和改善负极锌膏中物质的传递条件，有效防止锌电极外表面钝化现象的发生，从而提高了电池的放电性能和使用寿命。

优选的，所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷，其通过以下方法制备得到：

S1：将二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾放入油浴锅中搅拌加热至110℃，加入去离子水，在110℃的温度条件下加热冷凝回流反应48h；所述二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾的体积比为100：8～15：5～24；

S2：反应结束后将产物离心分离，再用无水甲醇清洗，50℃真空干燥24h，得到八氯乙基笼型倍半硅氧烷；

S3：将步骤S2得到的八氯乙基笼型倍半硅氧烷加入由5-甲基-2-吡咯烷酮和丙酮组成的混合溶液中，60℃恒温磁力搅拌反应24h；再加入四氟硼酸铵进行离子交换，最后得到所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷。所述四氟硼酸铵和5-甲基-2-吡咯烷酮与所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为1.05：1.1：1，所述丙酮与5-甲基-2-吡咯烷酮的体积比12：1。

进一步的，将笼型倍半硅氧烷进行离子液体改性处理，由于离子液体所具有的高离子传导特性，增加了负极锌膏的导电能力，提高了电池的耐热性和稳定性；另外可以减少电解液的添加量，大量添加的电解液，容易导致电池在长期放电和存储过程中产生漏液现象，保证电池使用的安全性；离子液体改性处理后的笼型倍半硅氧烷加入到添加剂中，由于离子液体和笼型倍半硅氧烷得三维立体结构，在锌极表面形成一层稳定的保护层，从而降低锌的析氢腐蚀速度，并且由于其具有更强的耐电解液酸碱的腐蚀性能，从而有效避免电池受到腐蚀而产生析氢现象的发生；添加有离子液体改性笼型倍半硅氧烷的电池，其耐高温性能更加优异，从而保证电池在高功率大电流放电过程中，不会出现锌膏膨胀、漏液、析气等问题的产生。

优选的，所述电解二氧化锰中二氧化锰的含量为91～93％，所述电解二氧化锰所含的铜、镍、铁、汞等元素的含量分别小于或等于0.03％，水分含量小于或等于3％，所述导电剂为石墨、多孔石墨、膨胀石墨、石墨烯等碳材料中的一种或多种。

相应的、一种如上述的稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将58～71wt％锌粉、1.5～6wt％粘结剂、0.5～3wt％复合添加剂和100～1000ppm稀土金属等进行干混；

S2：待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入25～42wt％电解液得到负极锌膏；

S3：组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为38％的电解液；

S4：对隔膜注入氢氧化钾浓度为38％的电解液，静置待隔膜完全润湿；

S5：将负极锌膏注入电池，组装得到所述的稀土合金掺杂的锌锰电池。

本发明的有益效果：

本发明通过八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的协同作用，改善负极锌膏中物质的传递条件，有效防止锌电极外表面钝化现象的发生，从而提高了电池的放电性能和使用寿命；同时增加了负极锌膏的导电能力，提高了电池的耐热性和稳定性，提高了锌锰电池的放电性能；减少电解液的添加量，有效防止电解液的漏液、析气和电解液的高浓度腐蚀问题。

本发明的锌锰电池不添加任何含铅含汞材料，使用过程中不易产生电池膨胀、漏液、析气等问题，所制得的电池环保安全、性能稳定，使用寿命长。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：57.99wt％锌粉、1.5wt％粘结剂、40wt％电解液、0.5wt％复合添加剂和100ppm稀土金属。

所述锌粉为纳米锌粉，颗粒直径为500nm。

所述粘结剂由羧甲基纤维素、聚丙烯酸组成,所述羧甲基纤维素、聚丙烯酸的质量比为2：1。

所述电解液由以下重量份数的原料组成：10份氢氧化钾、30份二钠四羟基锌酸盐和40份去离子水。

所述稀土金属为氧化铟。

所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为8：15：3：1。

所述乙醇胺磷酸酯衍生物为单乙醇胺磷酸酯二钠盐。

所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷，其通过以下方法制备得到：

S1：将二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾放入油浴锅中搅拌加热至110℃，加入去离子水，在110℃的温度条件下加热冷凝回流反应48h；所述二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾的体积比为100：8：24；

S2：反应结束后将产物离心分离，再用无水甲醇清洗，50℃真空干燥24h，得到所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷；

S3：将步骤S2得到的八氯乙基笼型倍半硅氧烷加入由5-甲基-2-吡咯烷酮和丙酮组成的混合溶液中，60℃恒温磁力搅拌反应24h；再加入四氟硼酸铵进行离子交换，最后得到所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷。所述四氟硼酸铵和5-甲基-2-吡咯烷酮与所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为1.05：1.1：1，所述丙酮与5-甲基-2-吡咯烷酮的体积比12：1。

所述电解二氧化锰中二氧化锰的含量为91％，所述电解二氧化锰所含的铜、镍、铁、汞等元素的含量分别小于或等于0.03％，水分含量小于或等于3％，所述导电剂为多孔石墨。

相应的、一种如上述的稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将57.99wt％锌粉、1.5wt％粘结剂、0.5wt％复合添加剂和100ppm稀土金属等进行干混；

S2：待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入40wt％电解液得到负极锌膏；

S3：组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为38％的电解液；

S4：对隔膜注入氢氧化钾浓度为38％的电解液，静置待隔膜完全润湿；

S5：将负极锌膏注入电池，组装得到所述的稀土合金掺杂的锌锰电池。

实施例2

一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：64.95wt％锌粉、3.6wt％粘结剂、29.6wt％电解液、1.8wt％复合添加剂和500ppm稀土金属。所述锌粉为纳米锌粉，颗粒直径为600nm。

所述粘结剂由羧甲基纤维素、硅酸钠、聚甲基丙烯酸酯组成。所述羧甲基纤维素、硅酸钠、聚甲基丙烯酸酯的质量比为2：1：1。

所述电解液由以下重量份数的原料组成：30份氢氧化钾、20份二钠四羟基锌酸盐和60份去离子水。

所述稀土金属为氧化铋。

所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为15：36：11：3。

所述乙醇胺磷酸酯衍生物由丁醇聚氧乙烯醚磷酸酯三乙醇胺盐、十二烷基磷酸酯二乙醇胺盐组成。所述丁醇聚氧乙烯醚磷酸酯三乙醇胺盐、十二烷基磷酸酯二乙醇胺盐的质量比为1：1。

所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷，其通过以下方法制备得到：

S1：将二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾放入油浴锅中搅拌加热至110℃，加入去离子水，在110℃的温度条件下加热冷凝回流反应48h；所述二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾的体积比为100：15：12；

S2：反应结束后将产物离心分离，再用无水甲醇清洗，50℃真空干燥24h，得到所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷；

S3：将步骤S2得到的八氯乙基笼型倍半硅氧烷加入由5-甲基-2-吡咯烷酮和丙酮组成的混合溶液中，60℃恒温磁力搅拌反应24h；再加入四氟硼酸铵进行离子交换，最后得到所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷。所述四氟硼酸铵和5-甲基-2-吡咯烷酮与所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为1.05：1.1：1，所述丙酮与5-甲基-2-吡咯烷酮的体积比12：1。

所述电解二氧化锰中二氧化锰的含量为92％，所述电解二氧化锰所含的铜、镍、铁、汞等元素的含量分别小于或等于0.03％，水分含量小于或等于3％，所述导电剂由质量比为1：1的石墨和多孔石墨组成。

相应的、一种如上述的稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将64.95wt％锌粉、3.6wt％粘结剂、1.8wt％复合添加剂和500ppm稀土金属等进行干混；

S2：待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入29.6wt％电解液得到负极锌膏；

S3：组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为38％的电解液；

S4：对隔膜注入氢氧化钾浓度为38％的电解液，静置待隔膜完全润湿；

S5：将负极锌膏注入电池，组装得到所述的稀土合金掺杂的锌锰电池。

实施例3

一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：65.9wt％锌粉、6wt％粘结剂、25wt％电解液、3wt％复合添加剂和1000ppm稀土金属。

所述锌粉为纳米锌粉，颗粒直径为900nm。

所述粘结剂由羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯组成。所述羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯的质量比为3：0.5：1：1.5。

所述电解液由以下重量份数的原料组成：50份氢氧化钾、30份二钠四羟基锌酸盐和80份去离子水。

所述稀土金属由质量比为1：3的氧化铟和氧化铋组成。

所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为20：50：18：5。

所述乙醇胺磷酸酯衍生物由质量比为1：2的叔丁氧羰基-乙醇胺二苄基磷酸酯、二乙醇胺-油醇聚醚-3磷酸酯组成。

所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷，其通过以下方法制备得到：

S1：将二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾放入油浴锅中搅拌加热至110℃，加入去离子水，在110℃的温度条件下加热冷凝回流反应48h；所述二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾的体积比为100：15：24；

S2：反应结束后将产物离心分离，再用无水甲醇清洗，50℃真空干燥24h，得到所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷；

S3：将步骤S2得到的八氯乙基笼型倍半硅氧烷加入由5-甲基-2-吡咯烷酮和丙酮组成的混合溶液中，60℃恒温磁力搅拌反应24h；再加入四氟硼酸铵进行离子交换，最后得到所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷。所述四氟硼酸铵和5-甲基-2-吡咯烷酮与所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为1.05：1.1：1，所述丙酮与5-甲基-2-吡咯烷酮的体积比12：1。

所述电解二氧化锰中二氧化锰的含量为93％，所述电解二氧化锰所含的铜、镍、铁、汞等元素的含量分别小于或等于0.03％，水分含量小于或等于3％，所述导电剂由质量比为1：1的多孔石墨和膨胀石墨组成。

相应的、一种如上述的稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将65.9wt％锌粉、6wt％粘结剂、3wt％复合添加剂和1000ppm稀土金属等进行干混；

S2：待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入25wt％电解液得到负极锌膏；

S3：组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为38％的电解液；

S4：对隔膜注入氢氧化钾浓度为38％的电解液，静置待隔膜完全润湿；

S5：将负极锌膏注入电池，组装得到所述的稀土合金掺杂的锌锰电池。

实施例4

本实施例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：61.9wt％锌粉、1.5wt％粘结剂、33.5wt％电解液、3wt％复合添加剂和1000ppm稀土金属。

实施例5

本实施例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例2相似，其主要不同之处在于，所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：70.94wt％锌粉、2wt％粘结剂、25wt％电解液、2wt％复合添加剂和600ppm稀土金属。

所述粘结剂由羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯组成。所述羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯的质量比为1：2.8：2.2：1。所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为12：15：18：5。

实施例6

本实施例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例2相似，其主要不同之处在于，所述粘结剂由羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯组成。所述羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯的质量比为7：4：1。所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物，所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为20：15：3：3。

所述乙醇胺磷酸酯衍生物由质量比为1：1.5的单乙醇胺磷酸酯二钠盐、二乙醇胺-油醇聚醚-3磷酸酯组成。

对比例1

本对比例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述复合添加剂不包含八羟基笼型倍半硅氧烷。

对比例2

本对比例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述复合添加剂不包含离子液体改性笼型倍半硅氧烷。

对比例3

本对比例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述复合添加剂不包含乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物。

对比例4

本对比例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述复合添加剂不包含八羟基笼型倍半硅氧烷和乙醇胺磷酸酯衍生物。

对比例5

本对比例稀土合金掺杂的锌锰电池，其锌锰电池结构、原料组成及锌锰电池的制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述复合添加剂不包含离子液体改性笼型倍半硅氧烷和乙醇胺磷酸酯衍生物。

将实施例1～6和对比例1～5制备得到的锌锰电池进行性能测试，其放电性能结果如表1所示：

表1

通过表1可以看出本发明得到的锌锰电池，各项放电时间长和放电次数多，具有大电流放电和电池的长久贮存的优异性能。

将实施例1～6和对比例1～5制备得到的锌锰电池进行膨胀、析气性能测试，其性能结果如表2所示：

表2

	析气量，mL/100g	膨胀率，％	漏液情况
				实施例1	0.36	3.3	无渗漏
实施例2	0.34	3.6	无渗漏
				实施例3	0.28	3.7	无渗漏
实施例4	0.29	4.1	无渗漏
				实施例5	0.31	4.1	无渗漏
实施例6	0.33	4.3	无渗漏
				对比例1	0.87	15.6	明显渗漏
对比例2	0.92	16.4	明显渗漏
				对比例3	0.93	15.4	明显渗漏
对比例4	1.02	18.4	明显渗漏
				对比例5	1.06	18.7	明显渗漏

电池膨胀测试方法：将实施例1～6和对比例1～5制备的负极锌膏置于洗净的量杯中，震实，直至锌膏中无气泡；取5ml液体石蜡置于锌膏上层，进行液封。室温静置，观察并记录数据，通过前后体积变化计算膨胀率，以此评价电池的膨胀性能。

电池析气量测试：通过集气装置进行测量，将电池按照相关标准进行放电测试后，进行拆解并利用集气装置进行数据收集，以每克电池所析出的气体量为评价标准。

电池漏液测试方法：按照电池生产工艺组装成品电池，取实验组一定量样品数置于60℃高温箱中，恒温放置168h后，观察电池漏液情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种稀土合金掺杂的锌锰电池，所述锌锰电池包括正极环，负极锌膏，隔膜和电解液，所述正极环由电解二氧化锰、导电剂及电解液组成，其特征在于：所述负极锌膏由以下质量分数的原料组成：58～71wt％锌粉、1.5～6wt％粘结剂、25～42wt％电解液、0.5～3wt％复合添加剂和100～1000ppm稀土金属。

2.如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述锌粉为纳米锌粉，颗粒直径为500～900nm。

3.如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述粘结剂由羧甲基纤维素、硅酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯中的至少两种组成。

4.如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述电解液由以下重量份数的原料组成：10～50份氢氧化钾、15～30份二钠四羟基锌酸盐和40～80份去离子水。

5.如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述稀土金属为氧化铟和氧化铋中的至少一种。

6.如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述复合添加剂由以下原料组成：八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物；所述八羟基笼型倍半硅氧烷、离子液体改性笼型倍半硅氧烷、乙醇胺磷酸酯和乙醇胺磷酸酯衍生物的质量比为8～20：15～50：3～18：1～5。

7.如权利要求6所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述乙醇胺磷酸酯衍生物为单乙醇胺磷酸酯二钠盐、丁醇聚氧乙烯醚磷酸酯三乙醇胺盐、十二烷基磷酸酯二乙醇胺盐、叔丁氧羰基-乙醇胺二苄基磷酸酯、二乙醇胺-油醇聚醚-3磷酸酯中的至少一种。

8.如权利要求6所述的稀土合金掺杂的锌锰电池，其特征在于，所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷，其通过以下方法制备得到：

S1：将二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾放入油浴锅中搅拌加热至110℃，加入去离子水，在110℃的温度条件下加热冷凝回流反应48h；所述二氯甲烷、(2-氯乙基)三甲氧基硅烷、氢氧化钾的体积比为100：8～15：5～24；

S2：反应结束后将产物离心分离，再用无水甲醇清洗，50℃真空干燥24h，得到八氯乙基笼型倍半硅氧烷；

S3：将步骤S2得到的八氯乙基笼型倍半硅氧烷加入由5-甲基-2-吡咯烷酮和丙酮组成的混合溶液中，60℃恒温磁力搅拌反应24h；再加入四氟硼酸铵进行离子交换，最后得到所述离子液体改性笼型倍半硅氧烷；所述四氟硼酸铵和5-甲基-2-吡咯烷酮与所述八氯乙基笼型倍半硅氧烷的摩尔比为1.05：1.1：1，所述丙酮与5-甲基-2-吡咯烷酮的体积比12：1。

9.一种如权利要求1所述的稀土合金掺杂的锌锰电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将58～71wt％锌粉、1.5～6wt％粘结剂、0.5～3wt％复合添加剂和100～1000ppm稀土金属等进行干混；

S2：待混匀后，进行真空湿拌，搅拌过程中加入25～42wt％电解液得到负极锌膏；

S3：组装电池正极环，并注入氢氧化钾浓度为38％的电解液；

S4：对隔膜注入氢氧化钾浓度为38％的电解液，静置待隔膜完全润湿；

S5：将负极锌膏注入电池，组装得到所述的稀土合金掺杂的锌锰电池。