本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可用于鋅錳電池電解液的天然提取物組合物及其用途以及由該組合物制備的鋅錳電池電解液和鋅錳電池。
背景技術(shù)：
鋅錳電池目前仍然是消費(fèi)量最大、應(yīng)用最廣泛的一次電池，但隨著用電器具向高功率化發(fā)展，傳統(tǒng)的鋅錳電池已不能適應(yīng)電器具更新的需要；因此，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)傳統(tǒng)電池的改良十分重視，以期達(dá)到延長(zhǎng)其壽命周期的目的。鋅錳干電池一般可分為酸性鋅錳干電池和堿性鋅錳電池，酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負(fù)極，并經(jīng)汞齊化處理，使表面性質(zhì)更為均勻，以減少鋅的腐蝕，提高電池的儲(chǔ)藏性能，正極材料是由二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成的一個(gè)混合糊狀物。正極材料中間插入一根炭棒，作為引出電流的導(dǎo)體。這種電池是19世紀(jì)60年代法國(guó)的勒克蘭謝(leclanche)發(fā)明的，故又稱為勒克蘭謝電池或炭鋅干電池；堿性鋅錳電池簡(jiǎn)稱堿錳電池，它是在1882年研制成功，1912年就已開發(fā)，到了1949年才投產(chǎn)問世。
近幾年，鋅錳電池實(shí)現(xiàn)無汞化已取得突破性進(jìn)展，日、歐、美生產(chǎn)的鋅錳干電池已全部實(shí)現(xiàn)汞含量為零。日本早在1991年即禁止在鋅錳電池中使用汞，許多廠已通過在鋅片中添加其它金屬元素生產(chǎn)無汞電池。鋅錳電池的污染已引起全世界的高度重視，1992年的日、歐、美干電池會(huì)議和第四屆國(guó)際廢電池管理會(huì)議的話題幾乎全部是一次電池的環(huán)境污染問題。由于其高毒性及污染性現(xiàn)在都在尋求其合適的替代物，為此研究者進(jìn)行了各種嘗試，首先是人們考慮從材料入手，試圖從負(fù)極材料合金化、利用一些元素來替代汞元素；其次是人們也嘗試通過鋅電極的環(huán)境改變電極的使用壽命，在諸多的方案中，這些技術(shù)在不同程度上推動(dòng)了電池技術(shù)的進(jìn)步，推進(jìn)了無汞化的技術(shù)進(jìn)程?？墒?，其與含汞電池的優(yōu)勢(shì)相比還有一定的差距。
因此，研究一種性能可替代汞，又能具備含汞電池優(yōu)勢(shì)的材料是本領(lǐng)域亟待解決的重要問題，隨著電池使用的廣泛性，對(duì)電池的在特殊環(huán)境中的也有了新的要求，尤其是在低于零下30℃以下；和高于100℃環(huán)境中使用的電池；因此，研究適用于高、低溫且環(huán)保的電池是本領(lǐng)域需要解決技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種可抑制負(fù)極材料自放電，耐高、低溫，并且導(dǎo)電性能優(yōu)異的環(huán)保型的鋅錳電池電解液的天然提取物組合物及其用途，以及由該組合物制備的鋅錳電池電解液和鋅錳電池。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的方案為：
一種用于鋅錳電池電解液的天然提取物組合物，所述組合物包括咪唑啉衍生物、氨基酸衍生物和甾醇衍生物；
所述咪唑啉衍生物具有以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，r為碳原子數(shù)1-5的烷基；
所述氨基酸衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r為脂肪族基團(tuán)或芳香族基團(tuán)，x為有機(jī)酸根；
所述甾醇衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r為1-5碳原子的烷基。
該組合物的緩蝕效率不低于75％，其具有優(yōu)異的緩蝕效果和良好的導(dǎo)電性，其作為鋅錳電池的電解液使用時(shí)，可以在非工作狀態(tài)時(shí)抑制負(fù)極材料自放電性能從而可以降低電池的自損耗、耐高溫、耐低溫、環(huán)保、大大延長(zhǎng)電池的使用壽命，而在電池工作中由于導(dǎo)電性能良好可以發(fā)揮出正常的電池性能；更為重要的是，該組合物不含有重金屬汞，避免了廢棄電池可能帶來的重金屬污染，降低了后續(xù)處理成本和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。
優(yōu)選地，所述組合物中各組分的含量分別為：咪唑啉衍生物20-40wt％、氨基酸衍生物20-40wt％和甾醇衍生物20-40wt％。
優(yōu)選地，所述氨基酸衍生物為陽離子部分具有以下結(jié)構(gòu)式的氨基酸衍生物或它們的組合物：
優(yōu)選地，所述氨基酸衍生物中的x為安息香酸根、醋酸根、水楊酸根或丁酸根。
優(yōu)選地，所述咪唑啉衍生物來自天然產(chǎn)物的提取物。
優(yōu)選地，所述氨基酸衍生物來自植物根莖葉的提取物。
優(yōu)選地，所述甾醇衍生物來自天然桉樹葉的提取物。
上述組合物應(yīng)用于鋅錳電池電解液的用途。
一種用于鋅錳電池電解液，所述電解液包括上述任一項(xiàng)所述的組合物。
一種鋅錳電池，所述鋅錳電池的電解液包括上述任一項(xiàng)所述的組合物。
本發(fā)明的組合物具有優(yōu)異的緩蝕效果和良好的導(dǎo)電性，耐低溫性、耐高溫性；其作為鋅錳電池的電解液使用時(shí)，可以在非工作狀態(tài)時(shí)抑制負(fù)極材料自放電性能從而可以降低電池的自損耗、大大延長(zhǎng)電池的使用壽命，而在電池工作中由于導(dǎo)電性能良好可以發(fā)揮出正常的電池性能；更為重要的是，該組合物不含有重金屬汞，避免了廢棄電池可能帶來的重金屬污染，降低了后續(xù)處理成本和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。其耐低溫可以達(dá)到-30℃、耐高溫可以達(dá)到100℃。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更清楚地限定，下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
一種用于鋅錳電池電解液的天然提取物組合物，所述組合物由咪唑啉衍生物、氨基酸衍生物和甾醇衍生物組成；
所述咪唑啉衍生物具有以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，r為碳原子數(shù)1-5的烷基；
所述氨基酸衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r為脂肪族基團(tuán)、芳香族基團(tuán)，x為有機(jī)酸根；
所述甾醇衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r為烷基；
各組分的含量為：咪唑啉衍生物20-40wt％、氨基酸衍生物20-40wt％和甾醇衍生物20-40wt％。
所述氨基酸衍生物為陽離子部分具有以下結(jié)構(gòu)式的氨基酸衍生物或它們的組合物：
所述氨基酸衍生物中的x為安息香酸根、醋酸根、水楊酸根或丁酸根。
在某些實(shí)施例中，所述咪唑啉衍生物來自天然產(chǎn)物的提取物；所述氨基酸衍生物來自植物根莖葉的提取物，例如大豆葉；所述甾醇衍生物來自天然桉樹葉的提取物。
上述組合物用于鋅錳電池電解液的用途。
一種用于鋅錳電池電解液，所述電解液包括上述任一項(xiàng)所述的組合物。
一種鋅錳電池，所述鋅錳電池的電解液包括上述任一項(xiàng)所述的組合物。
下面結(jié)合幾組不同的配比來對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。
具體實(shí)施例
實(shí)施例1
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：氨基酸衍生物30wt％，甾醇衍生物40wt％，咪唑啉衍生物30wt％；
咪唑啉衍生物的分子結(jié)構(gòu)式：
氨基酸衍生物的陽離子分子結(jié)構(gòu)為：
其陰離子部分為安息香酸；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)式為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
實(shí)施例2
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：咪唑啉啉衍生物40wt％，氨基酸衍生物40wt％，甾醇衍生物20wt％；
咪唑啉衍生物結(jié)構(gòu)為：
氨基酸衍生物陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為醋酸；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)式為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
實(shí)施例3
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：咪唑啉衍生物為35wt％，氨基酸衍生物35wt％，甾醇衍生物為30wt％；
咪唑啉衍生物的分子結(jié)構(gòu)為：
氨基酸衍生物陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為水楊酸根；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)式為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
實(shí)施例4
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：咪唑啉衍生物20wt％，氨基酸衍生物40wt％，甾醇衍生物40wt％；
咪唑啉衍生物的分子結(jié)構(gòu)式為：
氨基酸衍生物陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為丁酸根；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
實(shí)施例5
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：咪唑啉衍生物30wt％，氨基酸衍生物35wt％，甾醇衍生物含量為35wt％；咪唑啉衍生物分子結(jié)構(gòu)為：
氨基酸衍生物的陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為丁酸根；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
實(shí)施例6
用于鋅錳電池的電解液，由以下重量份數(shù)的組分組成：咪唑啉衍生物30wt％，氨基酸衍生物38wt％，甾醇衍生物32wt％；
咪唑啉衍生物的分子結(jié)構(gòu)為：
氨基酸衍生物的陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為醋酸根；
甾醇衍生物的分子結(jié)構(gòu)為：
在室溫條件下對(duì)各組分按照上述配比進(jìn)行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min。
將實(shí)施例1至6制備獲得的電解液按照傳統(tǒng)氯化鋅電池的制備方法制成電池，使用的組件包括：鋅皮，二氧化錳和碳棒自成電芯，相應(yīng)的隔膜，封裝的墊片，組裝后注入電解液，活化后進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果如表1所示：
表1實(shí)施例1-6測(cè)試結(jié)果
注：
耐高低溫性：表示在此高溫(100℃)或低溫(-30℃)下，電池是否可以使用；“+”表示可以使用；“-”表示已經(jīng)不能使用；具體測(cè)試方法為將待測(cè)電池置于該溫度下足夠時(shí)間使其溫度達(dá)到設(shè)置值，然后取出電池進(jìn)行測(cè)試。
放電容量，即電池的容量，它表示在一定條件下(標(biāo)準(zhǔn)的放電率、溫度、終止電壓等條件下)電池放出的電量；表1中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是使用js-150d按通行測(cè)試方法做放電測(cè)試獲得的。
安全性：表示在短路，過放電，強(qiáng)制電流(即強(qiáng)制電流陰極保護(hù))的情況所引起的安全隱患，“+”表示通過，“-”表示不通過。
通過上述數(shù)據(jù)，可見本發(fā)明的組合物制成的電解液具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，并且緩蝕效率高，極大地改善了用戶對(duì)產(chǎn)品的使用效果，降低負(fù)極材料的自放電、大大延長(zhǎng)電池的使用壽命，并且由于不含汞而不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染也可以降低廢棄處理成本，還提高了電池的耐高、低溫性能。