CN112310425A - 一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途 - Google Patents

一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途，所述碱锰电池的电解液中包含碱性指示剂，由其得到的碱锰电池在发生内部爬碱漏液时，电池外部，特别是漏液处会出现碱性指示剂显示的颜色变换，进而便于鉴定碱锰电池是否发生漏液及确定漏液部位，进而便于分析漏液原因；采用本发明所述电解液解决了碱锰电池漏液及外部污染不便区分的问题，且鉴别方法简单，成本低。精度高，解决了传统解剖方法无法确定轻微漏液的问题。

Description

一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于碱锰电池领域，涉及一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途。
背景技术
碱锰电池使用强碱KOH溶液作为电解液，而KOH溶液浸润性特别强，在钢壳和密封圈封口后，钢壳表面的纹路和密封圈表面的纹路都可能生成毛细通道，加上电池不正常时内部会有产生气体，都会造成电池爬碱漏液，从而使电池失效、甚至损害用电器。但有时候电池是制作过程中表面少量碱液残留，时间久了会腐蚀标贴，或遇潮湿环境发黑，并不是电池内部漏液，另外有些脏污也很难和漏液区分。目前并没有区分电池是内部漏液还是外部污染的技术。目前，漏液分析主要是解剖碱锰电池寻找封口异常处，且当碱锰电池为轻微漏液时，则很难确定是内部爬碱漏液还是外部污染残留。
CN108598516A公开了一种碱性锌锰电池，包括正极帽、正极环、钢壳、集流体铜钉、负极锌膏、隔膜纸、密封圈、支撑环和负极底，正极环由电解二氧化锰、导电剂石墨以及电解液组成，所述负极锌膏包括锌粉、粘结剂、膨胀剂、电解液(氢氧化钾溶液)及聚乙二醇2000；CN106876713A公开了一种碱锰电池负极添加剂，其包含锌粉、9.2mol/L氢氧化钾溶液、氧化锌、聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基三甲基溴化铵、氢氧化铟、氧化铈、甲基羟乙基纤维素、锡粉、铋粉及磷酸二氢钾；上述电解液均采用氢氧化钾溶液，当碱锰电池表面发生变化时，无法有效鉴别其出现的是内部爬碱漏液或是外部污染，需采用解剖鉴别，成本高，且不适用于轻微漏液的现象，且漏液位置无法准确判断。
因此，开发一种低成本、简单且便于鉴别碱锰电池为内部爬碱漏液还是外部污染的鉴别方法仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碱锰电池的电解液及其制备方法和用途，所述碱锰电池的电解液中包含碱性指示剂，由其得到的碱锰电池在发生内部爬碱漏液时，电池外部，特别是漏液处会出现碱性指示剂显示的颜色变换，进而便于鉴定碱锰电池是否发生漏液及确定漏液部位，进而便于分析漏液原因；采用本发明所述电解液解决了碱锰电池漏液及外部污染不便区分的问题，且鉴别方法简单，成本低。精度高，解决了传统解剖方法无法确定轻微漏液的问题。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碱锰电池的电解液，所述电解液中包含碱性指示剂。
传统进行碱锰电池漏液分析的方法一般采用解剖寻找封口异常处，但当碱锰电池为轻微漏液时，解剖的方法很难确定是爬碱漏液还是外部污染，为了便于区分碱锰电池是内部漏液还是外部污染，本发明所述碱锰电池的电解液中加入碱性指示剂，由其制备得到的碱锰电池可通过观察电池外部及封口处颜色变化，进而区分碱锰电池为内部漏液还是外部污染；其对于碱锰电池爬碱漏液的鉴定、漏液部位及原因的判断具有很好的用处；且其尤其适用于碱锰电池轻微漏液的鉴定，准确度高，方法简单，成本低。
优选地，所述电解液中碱性指示剂的含量为0.01～0.1g/L；例如0.02g/L、0.03g/L、0.04g/L、0.05g/L、0.06g/L、0.07g/L、0.08g/L或0.09g/L等。
本发明所述电解液中碱性指示剂的添加量在上述范围内，其一方面便于碱锰电池内部漏液观察，从而实现碱锰电池内部漏液的鉴定及漏液位置的确定，进而便于分析漏液原因；另一方面，这些含量的加入经测试避免了对电解液性能造成影响，保证碱锰电池高的电性能。
优选地，所述碱性指示剂包括酚酞、石蕊及碱性蓝中的至少一种，优选为碱性蓝。
优选地，所述电解液包括碱性水溶液，优选为氢氧化钾水溶液。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述的电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碱性指示剂溶解在煮沸的醇溶液中，得到碱性指示剂溶液；
(2)将步骤(1)所得碱性指示剂溶液与碱性水溶液混合，得到所述电解液。
本发明所述电解液的制备方法中，将碱性指示剂溶解在煮沸的醇溶液中，得到碱性指示剂溶液，在醇溶液中溶解主要原因是碱性指示剂在醇中溶解度大，可以制作成较浓的溶液。之后将所得碱性指示剂溶液与作为电解液主要成分的碱性水溶液混合，得到所述电解液。
优选地，步骤(1)所述醇溶液包括乙醇，优选为浓度＞90％的乙醇溶液，例如91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％等，进一步优选为浓度≥95wt％的乙醇溶液。
本发明所述醇溶液采用上述浓度的乙醇溶液，其原因是易于溶解。
优选地，所述碱性指示剂溶液中碱性指示剂的含量为10～30g/L，例如12g/L、15g/L、18g/L、20g/L、22g/L、25g/L或28g/L等。
优选地，所述碱性指示剂包括酚酞、石蕊及碱性蓝中的至少一种，优选碱性蓝。
优选地，步骤(1)所述将碱性指示剂溶解在煮沸的醇溶液中的方法包括将碱性指示剂加入煮沸的醇溶液中，回流，冷却，得到所述碱性指示剂溶液。
优选地，所述回流在水浴中进行。
优选地，所述回流的时间为0.5～3h；例如1h、1.5h、2h或2.5h等。
优选地，所述冷却后还包括固液分离。
优选地，步骤(2)所述将步骤(1)所得碱性指示剂溶液与碱性水溶液混合的方法包括将碱性指示剂溶液滴加到碱性水溶液中，混合，得到所述电解液。
优选地，步骤(2)中碱性指示剂溶液与碱性水溶液的体积之比为1:(100～1000)，例如1:200、1:300、1:400、1:500、1:600、1:700、1:800或1:900等，优选为1:(200～600)。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碱性指示剂加入煮沸的浓度≥95wt％的乙醇溶液中，碱性指示剂的质量与乙醇溶液的体积比为10～30g/L，在水浴中回流0.5～3h，冷却，固液分离，得到碱性指示剂溶液；
(2)将步骤(1)得到的碱性指示剂溶液滴加到氢氧化钾水溶液中，其中，碱性指示剂溶液与氢氧化钾水溶液的体积之比为1:(200～600)，得到所述电解液。
第三方面，本发明提供了一种碱锰电池，所述碱锰电池采用如第一方面所述的电解液。
本发明所述碱锰电池采用如第一方面所述电解液，电解液中包含碱性指示剂，在碱锰电池发生内部爬碱漏液时，将会在电池漏液部位出现颜色变化，进而便于鉴别区分碱锰电池内部漏液和外部污染的问题；且便于漏液部位的确定及漏液原因的判断。且相较于传统解剖进行漏液分析，采用本发明所述碱锰电池便于轻微漏液的鉴定。
第四方面，本发明提供了一种碱锰电池漏液的鉴别方法，所述鉴别方法包括碱锰电池采用如第一方面所述的电解液。
本发明所述鉴别方法中碱锰电池采用如第一方面所述的电解液，电解液中包含碱性指示剂，在电池内部发生漏液时，碱锰电池外部漏液处会出现颜色变化，进而便于区分碱锰电池内部漏液还是外部污染。
优选地，所述鉴别方法包括观察碱锰电池外部，若出现碱性指示剂显示的颜色，则碱锰电池发生内部漏液；
若没有出现碱锰指示剂显示的颜色，则碱锰电池未发生内部漏液。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述碱锰电池的电解液中包含碱性指示剂，当碱锰电池出现内部漏液时，会在漏液处出现明显的颜色变化，进而便于鉴定碱锰电池漏液问题；
(2)本发明所述碱锰电池漏液的鉴别方法简单，便于确定漏液处及分析漏液原因，且精确度高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例中碱锰电池的电解液的组成包含氢氧化钾水溶液(25-45％)及碱性蓝；电解液中碱性蓝的含量为0.05g/L；
电解液的制备方法：
称取碱性蓝1g(精度为0.01g)，然后加入50mL煮沸的95wt％的乙醇溶液中，在水浴中回流1小时，冷却后过滤；得到碱性蓝指示剂溶液；
将所得指示剂溶液加入2滴(约0.5mL)到200mL的碱锰电池的电解液中(KOH水溶液)，电解液呈现蓝色。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈蓝色，易辨识。
在上述有封口胶的碱锰电池的外部使用未加碱性蓝的电解液污染，不呈现蓝色，可见使用本发明所述电解液能显著区分电池内部电解液爬碱漏液和外部污染。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，将实施例1中的碱性蓝等质量的替换为酚酞，电解液呈现粉红色；其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈粉红色，易辨识。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，将实施例1中的碱性蓝等质量的替换为石蕊，电解液呈现蓝色，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈蓝色，易辨识。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，电解液中碱性蓝的含量为0.01g/L，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈弱蓝色，不易辨识。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，电解液中碱性蓝的含量为0.1g/L，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈蓝色，易辨识。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，电解液中碱性蓝的含量为0.15g/L，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈蓝色，易辨识。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，电解液中碱性蓝的含量为0.005g/L，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈微弱蓝色，不易辨识。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，将乙醇溶液等体积的替换为80℃热水，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本实施例中碱性蓝不能完全溶解在热水中，导致碱性蓝溶解量不足，采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈微弱蓝色，不易辨识。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，将碱性蓝直接溶解在电解液中，电解液中碱性蓝的含量与实施例1中相同，其他参数和条件与实施例1中均完全相同。
本实施例中碱性蓝在电解液中溶解慢，花费时间长，采用封口胶密封的5只碱锰电池在5天后均未出现漏液，其表面未发生变色，5只无封口胶的碱锰电池均出现爬碱漏液，碱锰电池的表面呈蓝色，易辨识。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，电解液中不含碱性蓝，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
本对比例中采用封口胶的5只碱锰电池和未采用封口胶的5只碱锰电池无法区分其是否存在内部漏液。
性能测试方法：
使用实施例和对比例中电解液制作碱锰电池各10只，其中，5只使用封口胶密封，另外5只不使用封口胶；
将上述碱锰电池在高温高湿环境下放置，观察5天后碱锰电池的外观，鉴别碱锰电池是否存在漏液。
申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碱锰电池的电解液，其特征在于，所述电解液中包含碱性指示剂。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中碱性指示剂的含量为0.01～0.1g/L；
优选地，所述碱性指示剂包括酚酞、石蕊及碱性蓝中的至少一种；
优选地，所述电解液包括碱性水溶液，优选为氢氧化钾水溶液。
3.如权利要求1或2所述的电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碱性指示剂溶解在煮沸的醇溶液中，得到碱性指示剂溶液；
(2)将步骤(1)所得碱性指示剂溶液与碱性水溶液混合，得到所述电解液。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述醇溶液包括乙醇，优选为浓度＞90％的乙醇溶液，进一步优选为浓度≥95wt％的乙醇溶液；
优选地，所述碱性指示剂溶液中碱性指示剂的含量为10～30g/L；
优选地，所述碱性指示剂包括酚酞、石蕊及碱性蓝中的至少一种，优选碱性蓝；
优选地，步骤(1)所述将碱性指示剂溶解在煮沸的醇溶液中的方法包括将碱性指示剂加入煮沸的醇溶液中，回流，冷却，得到所述碱性指示剂溶液；
优选地，所述回流在水浴中进行；
优选地，所述回流的时间为0.5～3h；
优选地，所述冷却后还包括固液分离。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述将步骤(1)所得碱性指示剂溶液与碱性水溶液混合的方法包括将碱性指示剂溶液滴加到碱性水溶液中，混合，得到所述电解液。
6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中碱性指示剂溶液与碱性水溶液的体积之比为1:(100～1000)，优选为1:(200～600)。
7.如权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碱性指示剂加入煮沸的浓度≥95wt％的乙醇溶液中，碱性指示剂的质量与乙醇溶液的体积比为10～30g/L，在水浴中回流0.5～3h，冷却，固液分离，得到碱性指示剂溶液；
(2)将步骤(1)得到的碱性指示剂溶液滴加到氢氧化钾水溶液中，其中，碱性指示剂溶液与氢氧化钾水溶液的体积之比为1:(200～600)，得到所述电解液。
8.一种碱锰电池，其特征在于，所述碱锰电池采用如权利要求1或2中所述的电解液。
9.一种碱锰电池漏液的鉴别方法，其特征在于，所述鉴别方法包括碱锰电池采用如权利要求1或2所述的电解液。
10.如权利要求9所述的鉴别方法，其特征在于，所述鉴别方法包括观察碱锰电池外部，若出现碱性指示剂显示的颜色，则碱锰电池发生内部漏液；
若没有出现碱锰指示剂显示的颜色，则碱锰电池未发生内部漏液。
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