專利名稱:一種無汞堿性干電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種無汞堿性干電池。
背景枝術(shù)
正極采用二氧化錳、負(fù)極采用含有鋅、電解液等堿性水溶液的堿性干電池，由于其性能較好、成本低廉且無環(huán)境污染而成為各種設(shè)備的電源提供裝置。
現(xiàn)有的無汞堿性干電池，例如公開號為“CN102150309”的中國專利公開的一種無汞堿性干電池，其包括正極、負(fù)極、隔膜以及堿性電解液，由于堿性干電池的正極一般均采用含有錳元素的物質(zhì)，所以合理設(shè)計堿性干電池的負(fù)極使其滿足各種場景的需求成為各大生產(chǎn)設(shè)計廠商技術(shù)研發(fā)的方向。
公開號為“CN102150309”以及公開號為“CN102150308”的中國專利均通過設(shè)計負(fù)
極上的鋅的物理尺寸來改善堿性干電池的放電性能。由于上述專利中鋅的物理尺寸較小，一般為毫米級別，從而使得改變鋅的物理尺寸的方式較為困難，成本較高且大規(guī)模應(yīng)用時產(chǎn)品良率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種放電性能較好、制備工藝簡單的無汞堿性干電池。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提出一種無汞堿性干電池，其包括正極、負(fù)極和隔膜，所述負(fù)極通過將鋅合金粉末分散于凝膠狀的堿性電解液中而制成；所述鋅合金粉末各組分的重量百分比為鋁0. 003%、鉍0. 03%、銦0. 03%，余量為鋅；相對于所述鋅合金粉末100重量份，所述堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 2份、電解液53份、氧化銦0. 04份、水3份。
鋅是一種較活潑的金屬，其電化學(xué)性能不穩(wěn)定，在堿性電解液中有自溶傾向，從而放出氫氣，既造成電池氣脹漏液，又容易由于自溶而自放電，消耗正極的活性材料，最終造成電池失效報廢。本發(fā)明在鋅元素中添加微量的鋁元素、鉍元素和銦元素來抑制上述反應(yīng)。
鋁元素能減少放電析氣量、提高耐氧化性，還能與鋅元素形成固熔體阻止鋅元素的自溶。
鉍元素能提高氫在鋅元素表面的析出過電位，但是其具有臨界值，過量的鉍元素對過放電析出量作用不明顯。
銦元素同樣能提高氫在鋅元素表面的析出電位，對降低析氣量大有好處，但銦元素價格較為昂貴，可以通過配合鉍元素的使用而降低其用量，減小成本。
堿性電解液中，交聯(lián)型聚丙烯酸和交聯(lián)型聚丙烯酸鈉均起凝膠作用，二者共同使得堿性電解液呈凝膠狀。其中交聯(lián)型丙烯酸鈉還能使得堿性電解液存放時間變長、便于制作、使用壽命較長；但是過多的交聯(lián)型丙烯酸鈉會使得堿性干電池放電性能變差，因此需要兼顧堿性干電池的可制作性和放電性能。
進(jìn)一步地，所述鋅合金粉末的粒徑范圍為40至200目，平均粒徑80至150目，且30%的鋅合金粉末的粒徑為100目以下。
鋅合金粉末的粒徑能影響干電池的析氣量以及其穩(wěn)定性。若粒徑過小，一方面使得生產(chǎn)的投入產(chǎn)出率低、生產(chǎn)成本提高，另一方面也使得松裝密度降低、電池容量降低；若粒徑過大，則鋅合金粉末不能有效地分散在堿性電解液中降低其放電性能。
進(jìn)一步地，所述電解液中各組分的重量百分比為氫氧化鉀36%，氧化鋅5%，余量為水。
進(jìn)一步地，所述正極由電解二氧化錳、石墨和正極電解液通過混合、壓制、整粒而成；所述電解二氧化錳、石墨和正極電解液的重量比為93 7 :3。
進(jìn)一步地,所述正極電解液為氫氧化鉀水溶液,氫氧化鉀的重量百分比為39%。
本發(fā)明還提供一種無汞堿性干電池用鋅合金粉末，所述鋅合金粉末各組分的重量百分比為鋁0. 003%、鉍0. 03%、銦0. 03%，余量為鋅。
進(jìn)一步地，所述鋅合金粉末的粒徑范圍為40至200目，平均粒徑80至150目，且30%的鋅合金粉末的粒徑為100目以下。
本發(fā)明通過合理選擇堿性干電池負(fù)極的各組分，并配比合理的組分，無需改進(jìn)負(fù)極鋅合金的物理尺寸，便于大規(guī)模制作且成本較低。同時本發(fā)明的堿性干電池在零度下放電I秒鐘，其電壓降低量低于190mV,在常溫下的大電流的放電時間大于18. 2小時,小電流的放電時間大于125小時，放電性能較好。


圖I為本發(fā)明無汞堿性干電池的剖視示意圖。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
請參照圖1，本發(fā)明無汞堿性干電池包括正極3、負(fù)極6，正極3和負(fù)極6被隔膜4隔開，其中隔膜4優(yōu)選為法國摩迪公司生產(chǎn)的PAC隔膜。為了保證隔離效果，負(fù)極6的一端與隔膜4之間還注入有絕緣石蠟5。負(fù)極6的另一端由尼龍制的封口板7、底板8、輔助支撐的鐵板9以及負(fù)極集電體10封閉。
正極3外表面包覆有由鋼帶沖制成型并鍍鎳的正極殼體1，正極殼體I內(nèi)表面還形成有石墨涂裝膜2。正極殼體I的開口端部隔著封口板7的端部而斂縫在底板8的周邊部，從而使正極殼體I的開口部密合。優(yōu)選地，正極殼體I的外表面上還貼附有包裝標(biāo)簽11。
本發(fā)明的正極3通過如下方式制作將電解二氧化錳、石墨和正極電解液按照重量比為93 7 3的比例用混合機(jī)均勻攪拌混合，通過壓制、整粒后再利用中空圓筒模具加壓成型形成。其中，正極電解液優(yōu)選為氫氧化鉀水溶液，氫氧化鉀的重量百分比為39% ;電解二氧化錳優(yōu)選為靖西湘潭公司生產(chǎn)的電池專用電解二氧化錳；石墨優(yōu)選為青島中東石墨公司生產(chǎn)的電池專用石墨。
本發(fā)明的負(fù)極6通過如下方式制作
(I)利用氣體噴霧法制備鋅合金粉末。
鋅合金粉末各組分的含量百分比為招0. 003%、秘0. 03%、銦0. 03%，余量為鋅。將上述鋅合金粉末利用篩子篩選合適的粒徑的鋅合金粉末。其中要求鋅合金粉末粒徑范圍為40至200目，平均粒徑為80至150目，且100目以下粒徑的鋅合金粉末所占的比率為約30%。
(2)將上述鋅合金粉末混合分散于凝膠狀的堿性電解液中。
相對于上述100重量份的鋅合金粉，堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 2份、電解液53份、氧化銦0. 04份、水3份。
其中，電解液中各組分的重量百分比為氫氧化鉀36%，氧化鋅5%，余量為水。
將本發(fā)明的無汞堿性干電池與第一比較例和第二比較例中的無汞堿性干電池進(jìn)行比較測試。其中，第一、第二比較例與本發(fā)明的無汞堿性干電池的不同之處在于，第一比較例中，堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 05份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 4份、電解液53份、氧化銦0. 04份、水3份；第二比較例中，堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸0. 85份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 6份、電解液53份、氧化銦0. 04份、 水3份。
測試方法包括低溫脈沖放電測試、新制電池大電流連續(xù)放電性能測試、存儲電池大電流連續(xù)放電性能測試、存儲電池小電流間歇放電性能測試。
其中，低溫脈沖放電測試是指將電池在零攝氏度的環(huán)境下以I. 6A脈沖放電I秒鐘，測試閉路電壓的最低值。用開路電壓(OV)減去閉路電壓得到電壓降低量M。測試五次并計算出電壓降低量△ V平均值。
若電壓降低量AV小于190mV，則說明電壓降低少，性能較為優(yōu)異；若電壓降低量Λ V大于190mV但小于200mV，則性能較為普通；若電壓降低量Λ V大于200mV，則說明電壓降低過大，性能差。
新制電池大電流連續(xù)放電性能測試是指將新制的尚未進(jìn)行自反應(yīng)電池在20°C環(huán)境中恒溫放置24小時，然后將電池連接一個恒定的電阻進(jìn)行大電流連續(xù)放電，測試其放電時間H10
若放電時間H1大于18. 5小時，則說明新制電池大電流連續(xù)放電性能優(yōu)異；若放電時間H1小于18. 5小時但大于18小時，則說明新制電池大電流連續(xù)放電性能一般；若放電時間H1小于18小時，則說明新制電池大電流連續(xù)放電性能較差。
存儲電池大電流連續(xù)放電性能測試是指將新制的電池在常溫下存儲一段時間后連接一個恒定的電阻進(jìn)行大電流連續(xù)放電，并測試其放電時間h2。
若放電時間H2大于18. 2小時，則說明存儲電池大電流連續(xù)放電性能優(yōu)異；若放電時間H2小于18. 2小時但大于17. 8小時，則說明存儲電池大電流連續(xù)放電性能一般；若放電時間H2小于17. 8小時，則說明存儲電池大電流連續(xù)放電性能較差。
存儲電池小電流間歇放電性能是指將新制的電池在常溫下存儲一段時間后連接一個恒定的電阻進(jìn)行小電流間歇放電并測試其放電時間h3。
若放電時間H3大于125小時，則說明存儲電池小電流間歇放電性能優(yōu)異；若放電時間H3小于125小時但大于120小時，則說明存儲電池小電流間歇性能一般；若放電時間H3小于120小時，則說明存儲電池小電流間歇放電性能較差。
本發(fā)明無汞堿性干電池以及第一比較例、第二比較例的無汞堿性干電池的測試結(jié)果若下表[0043]
權(quán)利要求
1.一種無汞堿性干電池，包括正極、負(fù)極和隔膜，其特征在于所述負(fù)極通過將鋅合金粉末分散于凝膠狀的堿性電解液中而制成；所述鋅合金粉末各組分的重量百分比為鋁O.003%、鉍0. 03%、銦0. 03%，余量為鋅；相對于所述鋅合金粉末100重量份，所述堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 2份、電解液53份、氧化銦0. 04份、水3份。
2.如權(quán)利要求
I所述的無汞堿性干電池，其特征在于所述鋅合金粉末的粒徑范圍為40至200目，其中30%的鋅合金粉末的粒徑為100目以下。
3.如權(quán)利要求
I或2所述的無汞堿性干電池，其特征在于所述電解液中各組分的重量百分比為氫氧化鉀36%,氧化鋅5%，余量為水。
4.如權(quán)利要求
I或2所述的無汞堿性干電池，其特征在于所述正極由電解二氧化錳、石墨和正極電解液通過混合、壓制、整粒而成；所述電解二氧化錳、石墨和正極電解液的重量比為93 7 :3。
5.如權(quán)利要求
4所述的無汞堿性干電池，其特征在于所述正極電解液為氫氧化鉀水溶液，氫氧化鉀的重量百分比為39%。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種無汞堿性干電池，屬于電池領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的無汞堿性干電池制備較為復(fù)雜、放電性能不好的問題。本發(fā)明無汞堿性干電池，其包括正極、負(fù)極和隔膜，所述負(fù)極通過將鋅合金粉末分散于凝膠狀的堿性電解液中而制成；所述鋅合金粉末各組分的重量百分比為鋁0.003％、鉍0.03％、銦0.03％，余量為鋅；相對于所述鋅合金粉末100重量份，所述堿性電解液各組分的重量份為交聯(lián)型聚丙烯酸1.25份、交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0.2份、電解液53份、氧化銦0.04份、水3份。本發(fā)明通過合理選擇堿性干電池負(fù)極的各組分，并配比合理的組分，無需改進(jìn)負(fù)極鋅合金的物理尺寸，便于大規(guī)模制作且成本較低。
文檔編號H01M4/06GKCN102780012SQ201210273952
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月29日
發(fā)明者孔天盈, 趙建超, 鄒快樂 申請人:寧波倍特瑞能源科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan