一次性鹼性電池的電極的製作方法

2023-05-14 10:56:06

專利名稱：一次性鹼性電池的電極的製作方法
技術領域：
本發明屬於電池領域，特別是指一次性鹼性電池的電極材料。
背景技術：
一次性鹼性電池包括有陽極、陰極、陽極和陰極之間有電解質可滲透的隔板、以及鹼性電解質。陽極包括陽極活性材料，現主要是鋅或鋅合金顆粒和常規的膠凝劑，膠凝劑用來將鋅顆粒固定在懸浮液中，以使鋅粒能互相接觸，將陽極集電器插入膠凝的鋅極中，鹼性電解質典型的是氫氧化鉀的水溶液，也可以是氫氧化鈉或氫氧化鋰水溶液，陰極包括陰極活性材料，其包含二氧化錳或羥基氧化鎳或它們的混合物以及導電添加劑如石墨等。現一次性鹼性電池受商業型號的限制，其電池內的容量是固定的，為了增加電池
容量即電池的使用壽命或電池的較高功率消耗以適應一些高功率用電器的需要，一般採用增加電極活性材料的界面表面積以及在電池中增加活性材料的方式來實現，這些一般是通過增加活性材料的密度的方式，而在活性材料的密度達到一定程度後，因密度增加導致在放電過程中電化學反應速率降低，從而不能滿足高功率的需要。現主要使用的鋅錳一次性鹼性電池的另一個問題是電池在特性上具有傾斜的電壓特徵，也就是說，電池在放電時平均運行電壓逐漸降低，當電池以較高功率消耗時，電壓的降低速度顯著，因此鋅錳電池在高功率下獲得的實際電池容量小於低功率消耗時的電池容量，因此現鋅錳電池不適用於高功率消耗的用電器比如相機等方面。為了實現能夠在高功率下使用的一次性鹼性電池，現主要採用的是以羥基氧化鎳為陰極活性材料的鹼性電池，或是採用羥基氧化鎳和二氧化錳按重量比I : I的比例來作陰極活性材料的方法來生產一次性鹼性電池，但羥基氧化鎳同二氧化錳相比的成本要高的多。對於現有一次性鹼性電池在使用後進行分析，不論是採用二氧化錳為陰極活性材料還是採用的羥基氧化鎳為陰極活性材料，在電池的陽極中，有佔原重量15-25 %的鋅沒有反應而被廢棄。研究發現，造成這一原因的問題並不是這一比例的鋅不能進行反應放電而是當電池內的鋅到達這一比例時，因電池內的阻力增加，化學反應速率降低，產生的電量已經不能實際應用，這類不能使用的電池內依然在進行緩慢的電化學反應而直到電池內的陽極活性材料或陰極活性材料全部反應完。因此，需要一種能夠在高功率時有更長的使用壽命和電池內各材料反應更徹底的一次性鹼性電池。

發明內容
本發明的主要目的是在保證一次性鹼性電池能夠適用於高功率消耗並具有同羥基氧化鎳為陰極活性材料類似的使用壽命的情況下，能夠減少生產成本。本發明的另一目的是使電池在使用壽命結束時，電池內的陰極和陽極活性材料反應的儘可能徹底，減少資源的消耗。本發明是通過以下技術方案實現的
在本發明中所指的百分比均為重量百分比。一次性鹼性電池的電極，其包含有陽極材料和陰極材料，位於陽極和陰極之間的隔板，鹼性電解質，陽極集電器，凝膠；所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨佔陽極材料重量的5% -8% ;所述二氧化錳佔陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳佔陰極活性材料的10% -15% ;所述導電碳粒佔陰極材料的30% -35% ;所述鹼性電解質水溶液的濃度為53% -60% ;所述凝膠分別佔陽極材料和陰極材料的3%。所述鹼性電池的陽極材料中含有0.01% -O. 03%用於防止產生氫的金屬或金屬氧化物，所述的金屬或金屬氧化物是指鉍、銦、鍺中一種或兩種以及鋁或氧化鋁。所述的鹼性電池的陽極材料鋅或鋅合金中包括有O. 015% -O. 025%的鋁。所述鹼性電解質為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。 本發明的有益效果是1，通過本發明的技術方案，通過在陽極材料中加入一定量的石墨，能夠有效的防止在電池的電化學反應後期，因陽極中的鋅在反應後所生成的氧化物表層阻礙反應速度和降低電子的傳遞速度，能夠保證化學反應能夠平穩的進行，保證電壓的穩定。2，通過在陰極活性材料中使用少量的羥基氧化鎳，能夠提高一定量的反應速率的同時，降低了現有技術中的羥基氧化鎳的使用量，並通過使用高濃度的電解質來提高反應的徹底。
具體實施例方式以下通過具體實施例來詳細描述本發明的技術內容，本發明的具體實施例是示例性的，僅能用於解釋本發明的內容而不能解釋為是對本發明的限制。本發明是通過以下實施方案實現的一次性鹼性電池，其其包含有陽極材料和陰極材料，位於陽極和陰極之間的隔板，鹼性電解質，陽極集電器，凝膠和電池外殼；所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨佔陽極材料重量的5% -8%。實施例一在本發明的具體實施例中，陽極材料中的鋅或鋅合金採用顆粒形式，顆粒大致採用兩種方式，一種為200目左右的顆粒，另一種為10-30目左右的顆粒，這兩類顆粒的比例為3 10-4 10;所述的石墨佔陽極材料重量的5%採用10-30納米顆粒；在所述的鋅或鋅合金中包括有O. 015% -O. 025%的鋁；如果在實施例中採用的是金屬鋅則以鋁粉或氧化鋁粉的方式按前述鋁的含量進行混合；如果在實施例中採用的是鋅合金，則在生產鋅合金中按比例添加。在鋅或鋅合金中添加鋁的目的是用於抑制氫氣的產生，按這一比例的目的是保證在電解質中鋁的含量為30-75ppm，若電解質中鋁的含量低於30ppm，雖然也會起到一定的抑制氫氣的作用，但無法保證在電池的有效壽命內電池產生的氫氣在準許範圍內；若電解質中鋁的含量高於75ppm，雖然能夠抑制氫氣的產生，但也會造成一部分的短路，影響電池的效率。在本發明的其它實施例中，選用的氫氣抑制劑可以是鉍、銦或鍺金屬或金屬氧化物中一種或兩種。在本實施例中，所選用的鹼性電解質為53% -60%的氫氧化鉀水溶液，這一選擇的鹼性電解質溶液的濃度要高於現技術所使用的40 % -50 %的電解質溶液，通過發明人的分析，若使用的電解質的濃度低是造成在電池使用壽命的後期電壓下降快的主要原因，若電解質的濃度過高會影響電池初期的效率，經過發明人的研究，當電解質的濃度在53% -60%時能夠使電池的效率發揮的最好，特別是濃度在55%時。在本發明中所使用的凝膠為現有技術及常規比例3 %，在此就不進行過多的說明。在發明所選用的陽極集電器採用空芯金屬網，網孔為700-1200目，優選為800目，在本實施例及以下實施例中均選用的是800目空芯金屬網。所述隔板為用於分隔陽極和陰極的材料同現有技術沒有改變。所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述二氧化錳佔陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳佔陰極活性材料的10% -15% ;所述 導電碳粒佔陰極材料的30% _35%，在本發明中所使用的羥基氧化鎳的量為現有技術的
O.2-0. 3倍，而這一部份的羥基氧化鎳也能夠實現提高陰極反應效率的目的，並配合本技術的陽極及電解質的技術改進實現電池能夠適應於高功率用電器。在本實施例中，所選用的陽極集電器，隔板，凝膠同以下實施例相同，在此不再進行重複。在本發明的以下實施例中同本實施例不同的僅是材料的不同比重，其餘的均相同，以下就通過對不同比例的材料進行詳細說明。實施例二在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為6%，所選用的鋁或氧化鋁佔鋅量的O. 025%，也可以選用本技術方案中的所提到的鉍、銦、鍺中一種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳佔85%，羥基氧化鎳佔15%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨佔35%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的鹼性電解質選用的55%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現本發明，但從電池的效能及經濟方面考慮以氫氧化鉀為優選。在本發明的實施例中選用鋁作為氫抑制劑的原因在於其最經濟。實施例三在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為8%，所選用的鋁或氧化鋁佔鋅量的O. 015%，也可以選用本技術方案中的所提到的鉍、銦、鍺中一種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳佔90%，羥基氧化鎳佔10%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨佔30%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的鹼性電解質選用的53%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現本發明，但從電池的效能及經濟方面考慮以氫氧化鉀為優選。實施例四在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為7%，所選用的鋁或氧化鋁佔鋅量的O. 020%，也可以選用本技術方案中的所提到的鉍、銦、鍺中一種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳佔88%，羥基氧化鎳佔12%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨佔33%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的鹼性電解質選用的60%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現本發明，但從電池的效能及經濟方面考慮以氫氧化鉀為優選。實施例五
在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅金屬，陽極中石墨的比例為6.5%，所選用的鋁或氧化鋁佔鋅量的O. 015%，也可以選用本技術方案中的所提到的鉍、銦、鍺中一種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳佔90%，羥基氧化鎳佔10%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨佔35%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的鹼性電解質選用的55%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現本發明，但從電池的效能及經濟方面考慮以氫氧化鉀為優選。在本發明的所有技術方案中，此實施例是最佳實施方式。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一次性鹼性電池的電極，其包含有陽極材料和陰極材料，位於陽極和陰極之間的隔板，鹼性電解質，陽極集電器，凝膠；其特徵在於所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨佔陽極材料重量的5% -8% ;所述二氧化錳佔陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳佔陰極活性材料的10% -15% ;所述導電碳粒佔陰極材料的30% -35% ;所述鹼性電解質水溶液的濃度為53% -60% ;所述凝膠分別佔陽極材料和陰極材料的3% ;所述陽極集電器為空芯金屬網，所述空芯金屬網孔為700-1200目。
2.根據權利要求I所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述鹼性電池的陽極材料中含有O. 01% -O. 03%用於防止產生氫的金屬或金屬氧化物，所述的金屬或金屬氧化物是指鉍、銦、鍺中一種或兩種以及鋁或氧化鋁。
3.根據權利要求2所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述的鋁或氧化鋁佔陽極材料中鋅的O. 015% -O. 025%。
4.根據權利要求2或3中所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述鋁或氧化鋁在鹼性電解質中的濃度為30-75ppm。
5.根據權利要求I所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述鹼性電解質為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。
6.根據權利要求I或5所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述鹼性電解質水溶液的濃度為55%。
7.根據權利要求I所述的一次性鹼性電池的電極，其特徵在於所述空芯金屬網孔為800 目。
全文摘要
本發明涉及一次性鹼性電池的電極，其包含有陽極材料和陰極材料，位於陽極和陰極之間的隔板，鹼性電解質，陽極集電器，凝膠；所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨。
文檔編號H01M4/62GK102891286SQ20121035842
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者虞偉財 申請人:虞偉財