一種堿性電池正極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的堿性電池正極中含有質(zhì)量百分比為0.05~5%的石墨烯，采用石墨烯作為堿性電池正極導(dǎo)電劑，不僅可以有效降低電池內(nèi)阻，提高活性物質(zhì)的利用率，也可以減少正極導(dǎo)電材料的用量，提高電池活性物質(zhì)的含量，從而提高電池放電容量和綜合性能；本發(fā)明公開的堿性電池正極的制備方法包括兩次拌粉工藝，將石墨烯分兩次加入，且將第二次拌粉過程中石墨烯的加入量控制在2%以下，使石墨烯分散均勻并提高正極活性物質(zhì)的利用率，以確保二次顆粒粉料組份和密度的均勻性，使制作的正極環(huán)重量均勻。
【專利說明】一種堿性電池正極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池正極及其制備,具體是一種堿性電池正極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 堿性電池通常包括鋼殼、正極環(huán)、鋅膏、隔膜管、集電體、堿性電解質(zhì)、密封圈等。數(shù) 碼產(chǎn)品及電子器件數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，離不開大電流放電的高功率或脈沖放電的電 池，傳統(tǒng)的堿性電池使用領(lǐng)域大部分需要中小電流性能優(yōu)越的電池，然而目前堿性電池技 術(shù)領(lǐng)域很難做到兼具優(yōu)越的大電流性能和優(yōu)越的中小電流性能，而電池的大電流性能或中 小電流性能與電池的正極利用率密切相關(guān)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種堿性電池正極及其制備方法，該正極組裝 于堿性電池后，可使堿性電池獲得優(yōu)越的大電流性能和優(yōu)越的中小電流性能。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種堿性電池正極，該正極中含 有質(zhì)量百分比為0. 05?5%的石墨烯。
[0005] 采用石墨烯作為堿性電池的正極導(dǎo)電劑，不僅可以有效降低電池內(nèi)阻，提高正極 活性物質(zhì)的利用率，也可以減少正極導(dǎo)電材料的用量，提高正極活性物質(zhì)的含量，從而提高 電池放電容量和綜合性能。
[0006] 優(yōu)選地，該正極的質(zhì)量百分比組成為：石墨3?6%、石墨烯0. 05?5%、氫氧化 鉀溶液1?3%、硬脂酸鈣0. 05?0. 5%，余量為電解二氧化錳。石墨和石墨烯作為正極的 混合導(dǎo)電劑，不僅可以有效降低電池內(nèi)阻，提高活性物質(zhì)的利用率，也可以減少正極導(dǎo)電材 料的用量，提高正極活性物質(zhì)的含量，從而提高電池放電容量。但是當(dāng)正極導(dǎo)電劑的含量過 低時(shí)，電池內(nèi)阻增加，并且會(huì)直接影響電池的初始電性能及高溫貯存后電性能；當(dāng)正極導(dǎo)電 劑的含量過高時(shí)，電池中正極活性物質(zhì)的含量相對會(huì)減少，從而影響電池中小電流性能。因 此，為了兼顧電池的大電流性能和中小電流性能，使電池兼具優(yōu)越的大電流性能和優(yōu)越的 中小電流性能，本發(fā)明將正極中石墨的含量控制在3?6%、石墨烯的含量控制在0. 05? 5 %，同時(shí)將氫氧化鉀溶液的含量控制在1?3 %、硬脂酸鈣的含量控制在0. 05?0. 5 %，獲 得了具有較高放電容量的電池。
[0007] 優(yōu)選地，所述的氫氧化鉀溶液的濃度為35?50%，既可保證正極生產(chǎn)過程中的拌 粉要求，又不至于對電池的電性能造成影響。
[0008] 此外，通過控制石墨與石墨烯的含量之和為3?7%或含量之比為1:1?3,在確 保電池較高的放電容量基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步減少混合導(dǎo)電劑用量，提高電池活性物質(zhì)含量，從 而使電池放電容量進(jìn)一步提高，同時(shí)電池在經(jīng)過高溫貯存后也不會(huì)出現(xiàn)電性能大幅度下降 的現(xiàn)象。
[0009] 一種堿性電池正極的制備方法，包括以下步驟：
[0010] 1)原料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備電解二氧化錳、石墨、石墨烯、硬脂酸鈣和氫氧化鉀溶液，按照 石墨3?6 %、石墨烯0· 05?5 %、氫氧化鉀溶液i?3%、硬脂酸鈣ο. 〇5?〇. 5%、余量為 電解二氧化錳的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料；
[0011] 2)第一次拌粉：將電解二氧化錳、石墨、硬脂酸鈣和一部分石墨烯混合并進(jìn)行干 攪拌，之后加入氫氧化鉀溶液進(jìn)行濕攪拌，攪拌均勻后經(jīng)過壓片、造粒、過篩得到一次顆粒 粉料；
[0012] 3)第二次拌粉：對得到的一次顆粒粉料進(jìn)行攪拌，攪拌的同時(shí)添加剩余的石墨 烯，攪拌均勻后即得到二次顆粒粉料，所述的剩余的石墨烯在所述的正極中的質(zhì)量百分含 量彡2% ;
[0013] 4)制作正極環(huán)：將二次顆粒粉料制作成正極環(huán)，即為所述的正極。
[0014]優(yōu)選地，步驟1)中所米用的石墨煉與石墨的含量之和為3?7%。
[0015]優(yōu)選地，步驟1)中所采用的石墨稀與石墨含量之比為1:1?3。
[0016]優(yōu)選地，步驟1)中所采用的氫氧化鉀溶液的濃度為35?50%。
[0017]優(yōu)選地，步驟1)中所采用的電解二氧化錳為粉狀，其粒徑為150 μ m以下。電解二 氧化錳作為正極活性物質(zhì)，將其粒徑控制在150 μ m以下，以確保其利用率。
[0018]本發(fā)明公開的堿性電池正極的制備方法，包括兩次拌粉工藝，將石墨烯分兩次加 入，在第一次拌粉過程中先加一部分石墨烯，剩余的石墨烯在第二次拌粉過程中加入，且將 第二次拌粉過程中石墨烯的加入量控制在2%以下，以確保二次顆粒粉料組份和密度的均 勻性，使制作的正極環(huán)重量均勻。將石墨烯分兩次加入，且在第二次拌粉攪拌的同時(shí)，添加 2%以下的石墨烯，不僅可以使石墨烯得到均勻的分散，也可以提高正極的導(dǎo)電率，從而提 高正極活性物質(zhì)的利用率。之所以在第二次拌粉中添加剩余的石墨烯，是因?yàn)榈诙伟璺?中顆粒料之間的摩擦力較大，可使石墨烯的分散更均勻，從而最終制得的正極環(huán)成分、重量 均勻，性能穩(wěn)定。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明公開的堿性電池正極中含有質(zhì)量百 分比為0· 05?5 %的石墨烯，采用石墨烯作為堿性電池正極導(dǎo)電劑，不僅可以有效降低電 池內(nèi)阻，提高活性物質(zhì)的利用率，也可以減少正極導(dǎo)電材料的用量，提高電池活性物質(zhì)的含 量，從而提高電池放電容量和綜合性能。本發(fā)明公開的堿性電池正極的制備方法，不僅使石 墨烯易于分散均勻，同時(shí)也能提高正極活性物質(zhì)的利用率，采用本發(fā)明方法制得的正極環(huán) 成型良好，混合導(dǎo)電劑分散均勻，可使電池放電均勻、綜合性能得到提高。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021] 實(shí)施例1?5和對比例1?3的正極的質(zhì)量百分比組成見表1，實(shí)施例1?5以石 墨烯和石墨組成的混合導(dǎo)電劑作為導(dǎo)電劑，對比例1?3以石墨作為導(dǎo)電劑。按表1的質(zhì)量 百分比組成分別準(zhǔn)備實(shí)施例1?5和對比例1?3的原料，實(shí)施例1?5的正極的制備方 法為：將電解二氧化錳、石墨、石墨烯和硬脂酸鈣混合并進(jìn)行千攪拌，之后加入氫氧化鉀溶 液進(jìn)行濕攪拌，攪拌均勻后經(jīng)過壓片、造粒、過篩得到顆粒粉料，并將該顆粒粉料制作成正 極環(huán)，即為實(shí)施例1?5的正極。對比例1?3的制備方法與實(shí)施例1?5相同，不同之處 僅在于對比例1?3不加石墨烯。將實(shí)施例1?5和對比例1?3制作而成的正極環(huán)分別 組裝成LR6堿性電池，并在20±2°C的環(huán)境下測試初始電性能以及高溫貯存后電性能，其中 初始電性能數(shù)據(jù)為20±2°C的環(huán)境中放置兩天后測試所得，高溫貯存電性能為70°C環(huán)境中 貯存7天后，再在20±2°C的環(huán)境中保溫一天后測試所得。大電流性能測試指標(biāo)及截至電位 如下：1000mA 脈沖 10s/m，lh/d，截止電位 0. 9V ;1500mW 脈沖（1500mW2s，650mW28s) 10T/lh， 24h/d,截止電位1. 05V。中等電流性能測試指標(biāo)及截止電位如下：250mA間放lh/d，截止電 位0. 9V。小電流性能測試指標(biāo)及截止電位如下：24Ω脈沖15s/min，8h/d，截止電位1.0V; 100mA間放lh/d,截止電位0. 9V。對于實(shí)施例1?5和對比例1?3制作而成的堿性電池， 每種放電方式測試9節(jié)電池，其電性能測試平均結(jié)果見表2,表2中測試結(jié)果以對比例1的 初始電性能記為100%。
[0022] 實(shí)施例6?8和對比例4、對比例5的正極的質(zhì)量百分比組成見表1，對比例4單 獨(dú)使用5 %的石墨做為導(dǎo)電劑，實(shí)施例6?8和對比例5均以石墨烯和石墨組成的混合導(dǎo)電 劑作為導(dǎo)電劑，混合導(dǎo)電劑的含量為5%，不同之處在于實(shí)施例6?8的正極采用本發(fā)明方 法制備：即將石墨烯分兩次加入，在第一次拌粉過程中先加一部分石墨烯，剩余的石墨烯在 第二次拌粉過程中加入。對比例4、對比例5的正極的制備方法與實(shí)施例1?5相同。將實(shí) 施例6?8和對比例4、對比例5制作而成的正極環(huán)分別組裝成LR6堿性電池，在20±2°C 的環(huán)境中放置兩天后，在20土2°C的環(huán)境下測試初始電性能，測試方法和條件以及測試指標(biāo) 和截至電位與用實(shí)施例1?5制作而成的堿性電池相同。對于實(shí)施例6?8和對比例4、對 比例5制作而成的堿性電池，每種放電方式測試9節(jié)電池，其電性能測試平均結(jié)果見表3,表 3中測試結(jié)果以對比例4的初始電性能記為1〇〇%。對于實(shí)施例6?8和對比例4、對比例 5制作而成的堿性電池，每種放電方式測試的9節(jié)電池，并計(jì)算每種放電方式9節(jié)電池的均 勻率，結(jié)果見表4。
[0023] 表1實(shí)施例1?8和對比例1?4的正極的質(zhì)量百分比組成（％ )
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種堿性電池正極，其特征在于該正極中含有質(zhì)量百分比為0· 05?5%的石墨烯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性電池正極，其特征在于：該正極的質(zhì)量百分比組成為：石 墨3?6%、石墨烯0. 05?5%、氫氧化鉀溶液Γ3%、硬脂酸鈣0. 05~0. 5%，余量為電解二氧化猛。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿性電池正極，其特征在于：所述的氫氧化鉀溶液的濃度為 35?50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的堿性電池正極，其特征在于：所述的石墨烯與所述的石 墨的含量之和為3?7%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的堿性電池正極，其特征在于：所述的石墨烯與所述的石 墨含量之比為1: 1?3。
6. -種堿性電池正極的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 原料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備電解二氧化猛、石墨、石墨稀、硬脂酸興和氫氧化鉀溶液，按照石墨 3?6%、石墨烯0. 〇5?5%、氫氧化鉀溶液1?3%、硬脂酸鈣〇. 05?0. 5%、余量為電解二氧化錳的質(zhì) 量百分比進(jìn)行配料； 2) 第一次拌粉：將電解二氧化錳、石墨、硬脂酸鈣和一部分石墨烯混合并進(jìn)行千攪拌， 之后加入氫氧化鉀溶液進(jìn)行濕攪拌，攪拌均勻后經(jīng)過壓片、造粒、過篩得到一次顆粒粉料； 3) 第二次拌粉：對得到的一次顆粒粉料進(jìn)行攪拌，攪拌的同時(shí)添加剩余的石墨烯，攪拌 均勻后即得到二次顆粒粉料，所述的剩余的石墨烯在所述的正極中的質(zhì)量百分含量< 2% ; 4) 制作正極環(huán)：將二次顆粒粉料制作成正極環(huán)，即為所述的正極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟L )中所采用的氫氧化鉀溶液的濃 度為35?50%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于步驟u中所采用的石墨烯與石墨 的含量之和為3?7%。 ^9.根據(jù)權(quán)$要求6或7所述的制備方法，其特征在于步驟i沖所采用的石墨烯與石墨 白量之比為1:1?3。 根^^利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟1)中所采用的電解二氧化錳為 物狀，其權(quán)徑為15〇Mm以下。
【文檔編號】H01M4/38GK104218229SQ201410443166
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】唐錄, 張偉偉, 徐益軍, 謝紅衛(wèi) 申請人:中銀（寧波）電池有限公司