本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料及其堿錳電池。

背景技術(shù)：

堿錳電池，是指以鋅為負(fù)極、鈦酸錳為正極、氫氧化鉀溶液為電解液的原電池。堿錳電池是在鋅錳電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；相對(duì)鋅錳電池，其不含有汞、鎘等元素，對(duì)環(huán)境的友好、環(huán)保。并且堿錳電池還有具有能重負(fù)載、大電流放電、電容量大、低溫性能和防漏性能好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。所以，隨著便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，堿錳電池在各類電子產(chǎn)品中需求越來越大。

堿性鋅錳電池以高濃度的氫氧化鉀水溶液為電解液，要求堿性鋅錳電池隔膜具有良好的親水性和化學(xué)穩(wěn)定性(包括堿穩(wěn)定性和氧化還原穩(wěn)定性)，因此常規(guī)的堿性鋅錳電池隔膜通常采用具有良好親水性和化學(xué)穩(wěn)定性的纖維制備，如：維尼纖維、尼龍纖維和親水性處理的丙綸纖維。良好的隔離性能和離子導(dǎo)電性能是電池隔膜的兩大基本功能?？讖皆叫。裟じ綦x性能越好；孔率越高，則隔膜的儲(chǔ)液性能越好，其離子導(dǎo)電性能也更好。因此常規(guī)的堿性鋅錳電池隔膜通常采用超細(xì)短纖制備成，使其具備低孔徑、高孔率的特點(diǎn)。但是受纖維技術(shù)和織造技術(shù)的限制，隔膜的孔徑和均勻性總是有限度的。此外，堿性鋅錳電池中總是有細(xì)度小于隔膜孔徑的鋅顆粒和鈦酸錳顆粒的存在，因此，依賴低孔徑提高隔膜隔離性能是有限度的。

日本NKK公司在專利97118515.8“堿性電池隔膜紙”中采用了兩層配比，處理不同的纖維；通過多圓網(wǎng)或長網(wǎng)、圓網(wǎng)結(jié)合的方式，分別上網(wǎng)，在毛毯轉(zhuǎn)移過程中層合抄造的隔膜紙，其特點(diǎn)是一層為纖維致密的緊密層，主要是防止鋅枝晶刺穿及正負(fù)極細(xì)粉材料的滲透，另一層為液體吸收浸透層，由纖維素纖維制備，目的是增加吸堿液及保堿液的能力，其缺點(diǎn)是耐堿性較差。

目前，堿錳電池正極材料除了活性物質(zhì)鈦酸錳顆粒，還含有導(dǎo)電劑。導(dǎo)電劑一般采用石墨烯。由于鈦酸錳本身為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能較差，導(dǎo)電劑可以使電流更加流暢的導(dǎo)出。但是，目前堿錳電池的電池容量還有待提高，并且大電流脈沖性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中，堿錳電池正極材料容量差、大電池流脈沖性能差；從而提供了一種放電容量，脈沖性能好的堿錳電池正極材料。

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為80-90μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為(4-7)∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為60～70μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量超過120mAh。

優(yōu)選，6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量高達(dá)125mAh。

優(yōu)選，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為(5-6)∶2∶1；所述鈦酸錳的中值粒徑為60-65μm。

優(yōu)選，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為5∶2∶1；所述鈦酸錳的中值粒徑為60μm。

優(yōu)選，以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占84～95wt％，所述石墨烯占3～15wt％，所述添加劑占0.5～2.5wt％。

本發(fā)明還提供一種堿錳電池，其包括正極、負(fù)極、隔板、殼體；所述隔板位于正極與負(fù)極之間，所述正極、負(fù)極與隔板均容置在殼體內(nèi)；所述正極包括前述的高放電容量的堿性錳電池的正極材料。

本發(fā)明一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料以及使用該正極材料的電池，取得了如下技術(shù)效果：

由于采用石墨烯，石墨烯有效構(gòu)筑了堅(jiān)固的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的骨架，在脈沖放電過程中，避免了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)骨架的坍塌，使堿錳電池的脈沖放電性能大幅增強(qiáng)。

提供了放電容量，6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量超過120mAh。

采用了特制的添加劑，使得石墨烯構(gòu)筑的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加堅(jiān)固，進(jìn)一步增強(qiáng)了接觸面積，具有良好的抗沖擊能力，又大大降低了堿錳電池的內(nèi)阻，提高了單位體積內(nèi)的容量以及堿錳電池脈沖放電能力。

采用了特制的添加劑，包括特定組分和特定比例的協(xié)調(diào)作用，對(duì)錳電池的單位體積容量，以及堿錳電池的脈沖放電能力具有直接影響，這是發(fā)明人最驚喜的發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人對(duì)其工作原理在進(jìn)行深入分析。所述添加劑中的二氧化鈦、咪唑與ES纖維均具有超優(yōu)異的改善電池的充放電循環(huán)的耐放能力，并對(duì)鈦酸錳實(shí)現(xiàn)摻雜以及高溫性能等。二氧化鈦顆粒和咪唑物質(zhì)較好的滲入進(jìn)ES纖維中，對(duì)于鈦酸錳實(shí)現(xiàn)摻雜的效果是突增的，并非本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)期的。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員只能基于現(xiàn)有技術(shù)想到如何和鈦酸錳進(jìn)行融合，而不去思考或沒有動(dòng)機(jī)思考二氧化鈦、咪唑與ES纖維的混合物對(duì)鈦酸錳的摻雜效果。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為90μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為7∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為70μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量125mAh；以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占95wt％，所述石墨烯占3wt％，所述添加劑占2wt％。

實(shí)施例2

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為80μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為4∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為60μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量128mAh；以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占84wt％，所述石墨烯占14wt％，所述添加劑占2wt％。

實(shí)施例3

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為85μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為6∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為60～70μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量122mAh；以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占95wt％，所述石墨烯占4wt％，所述添加劑占1wt％。

實(shí)施例4

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為88μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為5∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為65μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量超過120mAh；以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占94.5wt％，所述石墨烯占5wt％，所述添加劑占0.5wt％。

實(shí)施例5

一種高放電容量的堿性錳電池的正極材料，所述正極材料包括鈦酸錳、石墨烯，所述石墨烯的中值粒徑為89μm，還包括添加劑，所述添加劑為二氧化鈦、咪唑與ES纖維組成，所述二氧化鈦、咪唑與ES纖維的質(zhì)量比為5∶2∶1；所述石墨烯為片狀鱗片石墨烯；所述鈦酸錳的中值粒徑為66μm；6mA下從2.0V連續(xù)放電至1.0V時(shí)的電池放電容量126mAh；以堿性錳電池的正極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述鈦酸錳占905wt％，所述石墨烯占8wt％，所述添加劑占2wt％。

電池制備的實(shí)施例

正極的制備：將94重量份堿錳電池正極材料，加入到6重量份的40wt％的氫氧化鉀溶液中混合均勻。然后稱取3.5～3.9g的正極材料填充到制作好的模具中，加壓制成錳環(huán)。

負(fù)極的制備：將66.3重量份的無汞鋅粉、0.72重量份的增稠劑(增稠劑由聚丙炳酸和聚丙烯酸鈉組成，兩者的配比為3∶4)，以及32.98重量份的40wt％的氫氧化鉀溶液混合均勻，其中氫氧化鉀溶液中含有微量的氫氧化銦以及2％的氧化鋅，形成鋅膏。

封裝：將卷好的隔膜紙插入錳環(huán)中，再將錳環(huán)放入鋼殼中，注入適量的電解液，然后再注入負(fù)極鋅膏。最后插入已套好密封圈的負(fù)極集流體，封口成形。

由于鈦酸錳是半導(dǎo)體，本發(fā)明中石墨烯的作用是建立鈦酸錳之間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和增加鈦酸錳和集流體之間的導(dǎo)電性。本發(fā)明的石墨烯是人造石墨烯，本發(fā)明優(yōu)選天然鱗片石墨烯。本發(fā)明的添加劑優(yōu)選為二氧化鈦。二氧化鈦還可以改善微環(huán)境，有利于電荷的傳輸，使粒子之間有更好的接觸，降低鈦酸錳電極的歐姆極化以及電化學(xué)極化。其中，負(fù)極、隔板以及殼體均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，在此不作贅述。本發(fā)明的堿錳電池正極材料的容量，相對(duì)對(duì)比例有了的大幅的提高；并且活性物質(zhì)利用高，電極極化小。本發(fā)明的堿錳電池正極材料可以有效抵抗脈沖電流的沖擊，具有優(yōu)異的抗脈沖性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可以作出許多變型和改進(jìn)；所有的變型或改進(jìn)均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。