CN111162329B - 一种碱性锌锰电池负极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碱性锌锰电池负极，由以下重量百分含量的原料制成：缓蚀锌粉56～74％，去离子水15～30％，氢氧化钾5～20％，氧化锌1‑2%，粘结剂0.1‑1%，硅酸盐0.01‑0.1%，其中，所述缓蚀锌粉由含有下述重量份数的材料制备而成：锌粉75‑99%，树脂组合物1‑25%，其中，树脂组合物含有乙烯类树脂，选自聚氯乙烯、聚氯乙烯缩丁醛、聚氯乙烯糊树脂、聚偏氯乙烯树脂和聚过氯乙烯树脂中一种或几种。本发明的碱性锌锰电池负极及其制备方法，由含有乙烯类树脂的树脂组合物将锌粉制备成缓蚀锌粉，从而能有效降低氏电池析气量，明显提高电池的贮存性能，并可大幅降低电池的生产成本。

Description

一种碱性锌锰电池负极及其制备方法

技术领域

本发明属于精细化学材料领域，具体是一种碱性锌锰电池负极及其制备方法。

背景技术

在碱性锌锰电池中，锌负极因本身的热力学不稳定，易发生锌在碱液中的溶解和氢气的同步发生，造成电池内部的气压逐步上升，导致电池贮存性能下降和电池漏液。传统的解决方法主要是在锌粉中添加汞，以形成汞齐合金，但由于汞本向的剧毒，目前这种方法己停止使用。现在锌粉熔炼和锌膏配制过程中添加铟、铋等析氢过电位高的金属或金属氧化物是最为广泛的方法。但铟、铋等金属价格昂贵，造成了很大的成本负担。寻找一种价格低廉而缓蚀效果接近铟铋的新型缓蚀剂有较为现实的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碱性锌锰电池负极及其制备方法。

为了实现一方面的上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种碱性锌锰电池负极，由以下重量百分含量的原料制成：

缓蚀锌粉56～74％，去离子水15～30％，氢氧化钾5～20％，氧化锌1-2%，粘结剂0.1-1%，硅酸盐0.01-0.1%，

其中，所述缓蚀锌粉由含有下述重量份数的材料制备而成：

锌粉75-99%，树脂组合物1-25%，

其中，树脂组合物含有乙烯类树脂，选自聚氯乙烯、聚氯乙烯缩丁醛、聚氯乙烯糊树脂、聚偏氯乙烯树脂和聚过氯乙烯树脂中一种或几种。

优选地，所述树脂组合物还包括酯类溶剂、酮类溶剂和增塑剂，所述酯类溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、丙酸乙酯中一种；所述酮类溶剂为环己酮、甲基异丁酮、戊酮、丙酮、丁酮中一种或几种，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸正辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯中一种。

优选地，所述树脂组合物还包括偶联剂，所述偶联剂为乙烯基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中一种或几种。

优选地，所述树脂组合物还包括导电粉末，所述导电粉末为石墨类粉末或炭黑粉末中一种或几种。

为了实现又一方面的上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种上述的碱性锌锰电池负极的制备方法，包括如下步骤：

1）将树脂组合物原料按比例混合后，投入高速搅拌分散反应釜内高速搅拌分散至树脂溶解，从而制得树脂组合物，

2）将所述树脂组合物喷洒到锌粉上，混合均匀后，待溶剂挥发后，得到缓蚀锌粉，

3）再将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成强碱溶液，

4）在锌膏机中投入所述干粉和所述强碱溶液溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。

本发明采用以上技术方案，具有如下优点：

本发明的一种碱性锌锰电池负极及其制备方法，在负极有效成分组合物中，用硅酸盐代替氧化铟来作负极缓蚀剂，同时，由含有乙烯类树脂的树脂组合物将锌粉制备成缓蚀锌粉，从而能有效降低氏电池析气量，明显提高电池的贮存性能，并可大幅降低电池的生产成本，有利于提高在市场的竞争力。

实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例

树脂组合物由以下组份材料组成(单位公斤)：聚氯乙烯20，丁酮25，乙酸丁酯20，邻苯二甲酸二丁酯5；

将上述原料按比例投入有循环水冷却系统的转速为1000-1400r/min的高速搅拌分散反应釜内，高速搅拌分散3小时，使树脂溶解；

称取锌粉100kg，称取树脂组合物20kg喷洒在锌粉上，搅拌均匀待溶剂挥发完全后，得到缓蚀锌粉约112kg；

继续称取去离子水40kg，氢氧化钾20kg，氧化锌3kg，粘结剂1kg，硅酸盐0.1kg；先将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，再将氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成碱性溶液，然后在锌膏机中投入干粉和碱性溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。

实施例1制备得到的低析气量的碱性锌锰电池负极与对比例1的碱性锌锰电池负极的放电性能实验见表1。

表1实施例1与对比例1制备得到的碱锰电池的放电性能实验对比

	10Ω连续放电至0.9V	3.9Ω连续放电至0.9V	1.8Ω连续放电至0.9V	1000mAm脉冲至0.9V	3.9Ω连续放电至0.8V
						实施例1	19.42小时	380.2分钟	655次	386次	400.5分钟
对比例1	19.00小时	360.5分钟	608.5次	350次	390.0分钟

经过测算，采用实施例1的配方和工艺可以降低电池的生产成本约为20%。

实施例

实施例2参考实施例1，不同在于，实施例2的树脂组合物中含有偶联剂，具体为乙烯基三氯硅烷，目的在于，提高树脂结合在锌粉上的牢固程度，从而增加树脂与锌粉间的化学粘附性能，有高的粘附能力。

树脂组合物由以下组份材料组成(单位公斤)：聚氯乙烯缩丁醛20，乙烯基三氯硅烷1，甲基异丁酮30，乙酸丁酯15，邻苯二甲酸二异癸酯4；

将上述原料按比例投入有循环水冷却系统的转速为1000-1400r/min的高速搅拌分散反应釜内，高速搅拌分散3小时，使树脂溶解；

称取锌粉100kg，称取树脂组合物20kg喷洒在锌粉上，搅拌均匀待溶剂挥发完全后，得到缓蚀锌粉约113kg；

继续称取去离子水40kg，氢氧化钾25kg，氧化锌4kg，粘结剂1.5kg，硅酸盐0.08kg；先将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，再将氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成碱性溶液，然后在锌膏机中投入干粉和碱性溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。

实施例2制备得到的低析气量的碱性锌锰电池负极与对比例1的碱性锌锰电池负极的放电性能实验见表2。

表2实施例2与普通配方工艺放电性能实验对比

	10Ω连续放电至0.9V	3.9Ω连续放电至0.9V	1.8Ω连续放电至0.9V	1000mAm脉冲至0.9V	3.9Ω连续放电至0.8V
						实施例1	19.50小时	392.5分钟	663次	392次	410.0分钟
对比例1	19.00小时	360.5分钟	608.5次	350次	390.0分钟

经过测算，采用实施例2的配方和工艺可以降低电池的生产成本约为30%。

实施例

实施例3参考实施例1和2，不同在于，实施例3的树脂组合物中含有导电粉末，具体为炭黑粉末，目的在于，提高树脂的导电性，从而减少制备得到碱锰电池的电阻。

树脂组合物由以下组份材料组成(单位公斤)：聚偏氯乙烯15，乙烯基三乙氧基硅烷1，丁酮30，丙酸乙酯15，邻苯二甲酸正辛酯4；

将上述原料按比例投入有循环水冷却系统的转速为1000-1400r/min的高速搅拌分散反应釜内，高速搅拌分散3小时，使树脂溶解；炭黑40公斤，高速搅拌分散9小时，使得炭黑粉末润湿充分。

称取锌粉100kg，称取树脂组合物20kg喷洒在锌粉上，搅拌均匀待溶剂挥发完全后，得到缓蚀锌粉约125kg；

继续称取去离子水40kg，氢氧化钾25kg，氧化锌4kg，粘结剂1.5kg，硅酸盐0.08kg；先将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，再将氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成碱性溶液，然后在锌膏机中投入干粉和碱性溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。

继续称取去离子水20kg，氢氧化钾15kg，氧化锌2.0kg，粘结剂2.0kg，硅酸盐0.5kg，先将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，再将氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成溶液，然后在锌膏机中投入干粉和水溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。

实施例3制备得到的低析气量的碱性锌锰电池负极与对比例1的碱性锌锰电池负极的放电性能实验见表3。

表3实施例3与普通配方工艺放电性能实验对比

	10Ω连续放电至0.9V	3.9Ω连续放电至0.9V	1.8Ω连续放电至0.9V	1000mAm脉冲至0.9V	3.9Ω连续放电至0.8V
						实施例1	19.80小时	398.5分钟	668次	396次	422.5分钟
对比例1	19.00小时	360.5分钟	608.5次	350次	390.0分钟

经过测算，采用实施例3的配方和工艺可以降低电池的生产成本约为20%。

对比例1

对比例1的锌粉熔炼和锌膏配制过程中添加铟、铋等析氢过电位高的金属或金属氧化物，碱性锌锰电池负极的配方如下：

锌粉60-66%，9.2mo1/L氢氧化钾溶液30-36%，氧化锌1-3%，阳离子表面活性十二烷基三甲基溴化铵0.1-0.2%，氢氧化铟0.2-0.3%，增稠剂0.1-0.3%，铋粉0.1-0.2%。

通过表1、表2和表3可以看出本发明的负极可以大幅提升大电流放电性能和电池的贮存性能，各项放电时间和放电次数都比对比例1的负极有一定的增加，同时，由于本发明采用树脂组合物组合物代替稀有金属，一方面可大幅降低电池的生产成本，另一方面，也降低环境污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种碱性锌锰电池负极，其特征在于，由以下重量百分含量的原料制成：

缓蚀锌粉56～74％，去离子水15～30％，氢氧化钾5～20％，氧化锌1-2%，粘结剂0.1-1%，硅酸盐0.01-0.1%，

其中，所述缓蚀锌粉由含有下述重量份数的材料制备而成：

锌粉75-99%，树脂组合物1-25%，

其中，树脂组合物含有乙烯类树脂，选自聚氯乙烯、聚氯乙烯缩丁醛、聚氯乙烯糊树脂、聚偏氯乙烯树脂和聚过氯乙烯树脂中一种或几种；

其中，所述树脂组合物还包括偶联剂，所述偶联剂为乙烯基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中一种或几种；

其中，所述树脂组合物还包括导电粉末，所述导电粉末为石墨类粉末或炭黑粉末中一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种碱性锌锰电池负极，其特征在于，所述树脂组合物还包括酯类溶剂、酮类溶剂和增塑剂，所述酯类溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、丙酸乙酯中一种；所述酮类溶剂为环己酮、甲基异丁酮、戊酮、丙酮、丁酮中一种或几种，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸正辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯中一种。

3.一种如权利要求1至2中任意一项所述的一种碱性锌锰电池负极的制备方法，包括如下步骤：

1）将树脂组合物原料按比例混合后，投入高速搅拌分散反应釜内高速搅拌分散至树脂溶解，从而制得树脂组合物，

2）将所述树脂组合物喷洒到锌粉上，混合均匀后，待溶剂挥发后，得到缓蚀锌粉，

3）再将缓蚀锌粉、粘结剂、硅酸盐投入混合机，搅拌均匀，制成干粉，氢氧化钾、氧化锌、去离子水配成强碱溶液，

4）在锌膏机中投入所述干粉和所述强碱溶液溶液，搅拌均匀，抽真空，脱除气泡，装桶备用。