專利名稱：用于堿性電池的膠凝劑、膠質(zhì)陽(yáng)極混合物及堿性電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于堿性電池的膠凝劑、膠質(zhì)陽(yáng)極混合物及堿性電池。
背景技術(shù)：
常規(guī)的堿性電化學(xué)電池具有包含鋅的陽(yáng)極和包含二氧化錳的陰極。陽(yáng)極活性材料包括與膠凝劑(例如羥甲基纖維素或者聚丙烯酸鈉)混合的鋅粒和堿性電解液。膠凝劑用于懸浮鋅粒并使它們保持相互接觸。堿性電解液可以是堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鉀、 氫氧化鈉或氫氧化鋰)的水溶液。膠凝劑作為電池產(chǎn)業(yè)的一種原材料，雖然用量較少，但對(duì)電池的使用性能、產(chǎn)品質(zhì)量有非常大的影響。傳統(tǒng)的羧甲基纖維素鈉在高濃度強(qiáng)堿溶液中穩(wěn)定性較差，特別是電池在較高溫度下貯存時(shí)較易脫水和水解，分離出來(lái)的電解液向封口處和正極環(huán)方向遷移，使正極環(huán)(去極劑)變松散，增加了內(nèi)電阻，正極活性物質(zhì)利用率下降，放電性能惡化。由于增稠劑的線性抗拉強(qiáng)度減小，水解后膠粘劑中的分散鋅粉將發(fā)生沉降凝聚，使顆粒變大，表面積減小，負(fù)極活性物質(zhì)利用率下降。自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外開始選用聚丙烯酸鈉與羧甲基纖維素鈉混用，聚丙烯酸鈉不易水解，一定程度上彌補(bǔ)了羧甲基纖維素鈉易水解的缺陷，在電池膠凝劑中起增稠作用，而羧甲基纖維素鈉具有較高的粘度，在電池粘合劑中起粘接作用，使電池的大電流放電性能和貯存性能有所提高。但是，羧甲基纖維素鈉易水解和聚丙烯酸鈉易脫水的缺陷，隨著電池?zé)o汞化的發(fā)展而越加明顯。因此，人們對(duì)粘合劑做了許多改進(jìn)，在羧甲基纖維素鈉中添加了異丁烯和馬來(lái)酸聚合物，或者使用了聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉及其酯等，使堿性電池的放電性能、貯存性能和抗震動(dòng)性能得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于堿性電池的膠凝劑、膠質(zhì)陽(yáng)極混合物及堿性電池，可提高堿性電池的放電性能，同時(shí)有效控制析氣，并且對(duì)人體、環(huán)境友好。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于堿性電池的膠凝劑，所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的 1，3_ 二(N-取代苯基氨甲酰基乙基)咪唑酸性離子液體的混合；式(I)中，R為碳原子數(shù)為1 10個(gè)的磺酸基取代的烷基；L*H2P04-、HS04-、HC00_、 BF4\ PFf 或 CF3S(V。進(jìn)一步，所述的膠凝劑中，所述聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體按照質(zhì)量比1 0. 0.5%混合。本發(fā)明還提供了一種膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，所述膠質(zhì)陽(yáng)極混合物包括合金鋅粉、膠凝劑和堿性電解液，所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3-二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的混合。進(jìn)一步，所述的膠凝劑中，所述聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體按照質(zhì)量比1 0. 0.5%混合。進(jìn)一步，所述膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，以其中合金鋅粉的重量為100%計(jì)，1，3_ 二 (N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的重量濃度為0. 01 % 0. 1 %，優(yōu)選為 0. 04% 0. 08%。本發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地根據(jù)本領(lǐng)域已知知識(shí)選擇合適的合金鋅粉和堿性電解液。例如合金鋅粉可以是將金屬鉍、銦、鋁、鉛或它們各自的化合物(如氧化物、氫氧化物等)中的至少一種與鋅結(jié)合得到。例如堿性電解液可以是質(zhì)量濃度20 40% 的堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰，優(yōu)選氫氧化鉀)的水溶液，優(yōu)選堿金屬氫氧化物濃度范圍在30 39%，更優(yōu)選氫氧化物濃度范圍在33 36%。本發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地根據(jù)本領(lǐng)域已知知識(shí)選擇合適的合金鋅粉、聚丙烯酸鈉和堿性電解液的投料比例，一般而言，三者投料質(zhì)量比在1 1 3。本發(fā)明還提供了一種堿性電池，所述堿性電池以膠質(zhì)陽(yáng)極混合物為陽(yáng)極，所述的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物包括合金鋅粉、膠凝劑和堿性電解液，其特征在于所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3-二(N-取代苯基氨甲酰基乙基)咪唑酸性離子液體的混合。所述的膠凝劑中，優(yōu)選所述聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式⑴所示的1，3_ 二(N-取代苯基氨甲酰基乙基)咪唑酸性離子液體按照質(zhì)量比1 0. 0.5%混合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用常規(guī)方法制備得到堿性電池。本發(fā)明在聚丙烯酸鈉膠凝劑中，添加了酸性離子液體，提供了一種新型的酸性離子液體添加的陽(yáng)極膠凝劑及膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，用于堿性電池的制備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)可提高堿性電池的放電性能，同時(shí)有效控制析氣，并且對(duì)人體、環(huán)境友好。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。本發(fā)明實(shí)施例使用的合金鋅粉為晉州盛光鋅業(yè)有限公司生產(chǎn)，聚丙烯酸鈉的型號(hào)為 HW903002。堿性電池的制備方法按專利CN1815778A。堿性電池可根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)提供的一些方法進(jìn)行測(cè)試，如下文即將描述的，本發(fā)明根據(jù)上述測(cè)試方法驗(yàn)證了本發(fā)明中電池性能的增強(qiáng)。對(duì)比實(shí)施例合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液按照質(zhì)量比1 0.3 1配制得到陽(yáng)極膠。測(cè)量了 LR03電池部分放電的電池析氣。在7. 5歐姆放電，截止電壓1.0伏，160° F 溫度下存放2周后進(jìn)行測(cè)量，LR03電池600mA連續(xù)放電的放電性能。過量放電泄露30% ； 部分放電電池氣體0. 46 士0. IlMl ；600mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，測(cè)得360. 4士 3. 5。500mA無(wú)延時(shí)記錄至0.9V，測(cè)得48. 4士2. 8，500mA 130° F 14天記錄至0. 9V，測(cè)得53. 6士 1. 8。測(cè)量了 LR6電池在連續(xù)放電過程中達(dá)到輸出0. 9V所需的時(shí)間來(lái)測(cè)定電池的性能。 在2. 2歐姆放電，500mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，電池連續(xù)放電的性能為100%。實(shí)施例1合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液、1，3_二(N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲酰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽按照質(zhì)量比1 0.3 1 0.045%投料。在由合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液配制而成的陽(yáng)極膠中添加1，3_ 二 (N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑四氟硼酸鹽，得到膠質(zhì)陽(yáng)極混合物。測(cè)量了 LR03電池部分放電的電池析氣。在7. 5歐姆放電，截止電壓1.0伏，160° F 溫度下存放2周后進(jìn)行測(cè)量，LR03電池600mA連續(xù)放電的放電性能。過量放電泄露20% ； 部分放電電池氣體0. 36士0. IlMl ；600mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，測(cè)得390. 4士3. 5,500mA 無(wú)延時(shí)記錄至0. 9V，測(cè)得53. 4士2. 8，500mA 130° F 14天記錄至0. 9V，測(cè)得55. 6士 1. 8。實(shí)施例2合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液、1，3_二(N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑硫酸氫鹽按照質(zhì)量比1 0.3 1 0.045%投料。在由合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液配制而成的陽(yáng)極膠中添加1，3_ 二 (N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑硫酸氫鹽，得到膠質(zhì)陽(yáng)極混合物。測(cè)量了 LR03電池部分放電的電池析氣。在7. 5歐姆放電，截止電壓1.0伏，160° F 溫度下存放2周后進(jìn)行測(cè)量，LR03電池600mA連續(xù)放電的放電性能。過量放電泄露18% ； 部分放電電池氣體0. 37士0. IlMl ；600mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，測(cè)得390. 4士3. 5,500mA 無(wú)延時(shí)記錄至0. 9V，測(cè)得54. 4士2. 8，500mA 130° F 14天記錄至0. 9V，測(cè)得56. 6士 1. 8。實(shí)施例3合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液、1，3_二(N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑四氟硼酸鹽按照質(zhì)量比1 0.3 1 0.065%投料。在由合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液配制而成的陽(yáng)極膠中添加1，3_ 二 (N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑四氟硼酸鹽，得到膠質(zhì)陽(yáng)極混合物。測(cè)量了 LR6電池在連續(xù)放電過程中達(dá)到輸出0. 9V所需的時(shí)間來(lái)測(cè)定電池的性能。 在2. 2歐姆放電，500mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，電池連續(xù)放電的性能相比于對(duì)比實(shí)施例增加 34%。實(shí)施例5合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液、1，3_二(N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲酰基乙基)咪唑硫酸氫鹽按照質(zhì)量比1 0.3 1 0.0125%投料。在由合金鋅粉、聚丙烯酸鈉、34%氫氧化鉀溶液配制而成的陽(yáng)極膠中添加1，3_ 二 (N-4'-甲基磺酸基苯基氨甲?；一?咪唑硫酸氫鹽，得到膠質(zhì)陽(yáng)極混合物。測(cè)量了 LR6電池在連續(xù)放電過程中達(dá)到輸出0. 9V所需的時(shí)間來(lái)測(cè)定電池的性能。 在2. 2歐姆放電，500mA脈沖無(wú)延時(shí)循環(huán)至0. 9V，電池連續(xù)放電的性能相比于對(duì)比實(shí)施例增加 36%。
權(quán)利要求
1. 一種用于堿性電池的膠凝劑，其特征在于所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式 (I)所示的1，3-二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的混合；
2.如權(quán)利要求1所述的用于堿性電池的膠凝劑，其特征在于所述的膠凝劑中，所述聚丙烯酸鈉和1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體按照質(zhì)量比 1 0.1% 0.5%混合。
3.一種用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，所述膠質(zhì)陽(yáng)極混合物包括含合金鋅粉、膠凝劑和堿性電解液，其特征在于所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3_ 二 (N-取代苯基氨甲酰基乙基)咪唑酸性離子液體的混合；
4.如權(quán)利要求3所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述的聚丙烯酸鈉和1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體按照質(zhì)量比1 0. 0. 5%混合。
5.如權(quán)利要求3或4所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，以其中合金鋅粉的重量為100%計(jì)，1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的重量含量為0. 01% 0. 1%。
6.如權(quán)利要求5所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，以其中合金鋅粉的重量為100%計(jì)，1，3_ 二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的重量含量為0. 04% 0. 08%。
7.如權(quán)利要求3或4所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述的堿性電解液是質(zhì)量濃度20 40%的堿金屬氫氧化物的水溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述的堿性電解液是質(zhì)量濃度在30 39%的氫氧化鉀水溶液。
9.如權(quán)利要求3或4所述的用于堿性電池的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物，其特征在于所述膠質(zhì)陽(yáng)極混合物中，所述合金鋅粉和堿性電解液的質(zhì)量比為1 1 3。
10.一種堿性電池，所述堿性電池以膠質(zhì)陽(yáng)極混合物為陽(yáng)極，所述的膠質(zhì)陽(yáng)極混合物包括合金鋅粉、膠凝劑和堿性電解液，其特征在于所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I) 所示的1，3_ 二(N-取代苯基氨甲酰基乙基)咪唑酸性離子液體的混合；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于堿性電池的膠凝劑、膠質(zhì)陽(yáng)極混合物及堿性電池，所述的膠凝劑為聚丙烯酸鈉和結(jié)構(gòu)如式(I)所示的1，3-二(N-取代苯基氨甲?；一?咪唑酸性離子液體的混合，式(I)中，R為碳原子數(shù)為1～10個(gè)的磺酸基取代的烷基；L為H2PO4-、HSO4-、HCOO-、BF4-、PF6-或CF3SO3-。所述膠質(zhì)陽(yáng)極混合物包括含合金鋅粉、膠凝劑和堿性電解液。所述的堿性電池以膠質(zhì)陽(yáng)極混合物為陽(yáng)極。本發(fā)明可提高堿性電池的放電性能，同時(shí)有效控制析氣，并且對(duì)人體、環(huán)境友好。
文檔編號(hào)H01M10/24GK102212239SQ201110110860
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者傅慶華, 汪劍平, 陳宇 申請(qǐng)人:嘉興恒威電池有限公司