鹼錳電池正電極體、鹼錳電池及其製造方法

2023-11-05 00:07:32

專利名稱：鹼錳電池正電極體、鹼錳電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種鹼錳電池正電極體及其的製造方法，還涉及使用該正電極體的鹼錳電池以及該鹼錳電池的製造方法。
背景技術：
如圖1所示，現有的鹼錳電池包括由外向內依次設置的正極殼2、正電極體3、隔膜元件4和負極材料5以及絕緣封裝於正極殼2的埠上並與其中的負極材料5連接的負極集電體1。其中的正電極體3通常是通過將由二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物、鹼性電解質溶液混合製成的顆粒狀混合物模壓而成。而負極集電體1通常是由負極端la、金屬墊片 lb、密封圈Ic和銅針Id組成。在鹼錳電池的裝配過程中，先是將正電極體3裝入正極殼2 內，再在正電極體3的內部裝入隔膜元件4，然後在隔膜元件4中加入電解液，待電解液通過隔膜元件4滲入正電極體3後，再在隔膜元件4內部裝入負極材料5，最後將負極集電體 1的銅針Id插入負極材料5中，並對正極殼2上部進行卷邊以固定密封圈lc。上述的整個裝配過程均在常溫、常壓下進行的。在成型鹼錳電池正電極體的原料中加入有機聚合物的目的是為了提高正極料顆粒的粘結力，以便於正電極體的加工、成型。然而，由於這些有機聚合物基本以顆粒形式填充在二氧化錳和導電材料的間隙之間，且分布不均，在正極料顆粒的表面並沒有形成包覆層，正極粉粒度分布不均勻，流動性不好，難於壓縮成型，因而正極成型中模具會過度磨損， 正極體壓實密度有限，正極體電阻增大，同時正極體內部會形成不同的疏水區和親水區，電化學反應界面不夠均勻和穩定，電池正極的活性降低，影響了電池的放電尤其是高負荷放電及長久貯存性能。專利文獻CN12M194A即提到了上述的問題。對此，該文獻中所採取的辦法是將二氧化錳顆粒與含有有機聚合物的石墨分散液混合併壓製成電極體。

發明內容
本發明所解決的技術問題之一是提供一種能夠顯著提高鹼錳電池高負荷大電流放電性能和貯存性能的鹼錳電池正電極體。為此，本發明的鹼錳電池正電極體是通過將主要由二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物、鹼性電解質溶液以及鈦酸酯偶聯劑混合製成的顆粒狀混合物進行模壓後製得。通過試驗對比令人驚奇的發現，當使用在混合物中摻有鈦酸酯偶聯劑模壓製成的正電極體比未摻入偶聯劑以及摻入矽烷偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑模壓製成的正電極體具有明顯提高的高負荷大電流放電性能和貯存性能。優選的，所述有機聚合物包括聚乙烯粉末以及聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉鹽中的其中一種或兩種。聚乙烯粉末在正極料中主要起著粘結、造粒作用，適量加入，可以在正極粉末中產生凝聚基團，使正極粉料形成球狀顆粒，有利於粉料模壓成高強度、高密度的正電極體，降低正極內阻，從而提高正極放電活性。
聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉鹽是一種在鹼性條件下穩定的高分子吸水劑，在正極粉料中起著吸收、平衡和保持水分(電解液)的作用，它的加入可以保證正極料中電解液的充足吸收和均勻分布，保證正電極體的離子導電能力，從而提高正極放電活性。優選的，所述聚乙烯粉末佔混合物總重量的0.2% 2% ；所述聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉鹽佔混合物總重量的0. 05% ；所述鈦酸酯偶聯劑佔混合物總重量的 0. 2% 1%。優選的，所述聚乙烯粉末佔混合物總重量的0.5% ；所述所述聚丙烯酸或/ 和聚丙烯酸鈉鹽佔混合物總重量的0. 0. 5% ；所述鈦酸酯偶聯劑佔混合物總重量的 0. 5% 0. 8%。優選的，所述鈦酸酯偶聯劑為螯合型鈦酸酯系列偶聯劑。上述鹼錳電池正電極體優選的製造方法為先將鈦酸酯偶聯劑摻入鹼性電解質溶液中，然後將分散有鈦酸酯偶聯劑的鹼性電解質溶液摻入二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物的混合物中再混合製成顆粒狀混合物，最後將顆粒狀混合物進行模壓後製得正電極體。本發明的鹼錳電池正電極體並非一定由上述方法製造，比如也可以先將鈦酸酯偶聯劑摻入二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物的混合物中，然後再加入鹼性電解質溶液，最後再混合製成顆粒狀混合物。但是，採用上述的優選方案能夠保證將鈦酸酯偶聯劑均勻混入正極料中，從而確保鈦酸酯偶聯劑的使用效果。本發明所解決的另一個技術問題是提供一種具有優異的高負荷大電流放電性能和貯存性能的鹼錳電池。為此，該鹼錳電池包括由外向內依次設置的正極殼、鹼錳電池正電極體、隔膜元件和負極材料以及絕緣封裝於正極殼的埠上並與其中的負極材料連接的負極集電體，其中，該鹼錳電池正電極體採用本發明所提供的鹼錳電池正電極體。此外，本發明還要提供一種可製造出具有優異的高負荷大電流放電性能和貯存性能的鹼錳電池的製造方法。該方法先將本發明所提供的鹼錳電池正電極體裝入正極殼內，再在鹼錳電池正電極體的內部裝入隔膜元件，然後在隔膜元件內部加入電解液，待電解液透過隔膜元件滲入鹼錳電池正電極體後，再在隔膜元件內部裝入負極材料，最後安裝負極集電體。進一步的，電解液通過隔膜元件滲入鹼錳電池正電極體的過程是在真空環境下進行的。進一步的，電解液通過隔膜元件滲入鹼錳電池正電極體的過程是在加熱的條件下進行的，加熱溫度為60°C 90°C。選擇上述真空、加熱手段中的其中一種或兩種相結合可使電解液快速、足量滲入鹼錳電池正電極體內部，進一步提高鹼錳電池的高負荷大電流放電性能和貯存性能。本申請及其附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。


圖1為本發明鹼錳電池的結構示意圖。圖中標記為負極集電體1、負極端la、金屬墊片lb、密封圈lc、銅針Id、正極殼2、鹼錳電池正電極體3、隔膜元件4、負極材料5。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步的說明。實施例1該實例用於說明本發明提供的正極和鹼錳電池。(1)正極料製作正極料具有如下組成90.4% (重量)二氧化錳(EMD)4.8% (重量)石墨3.5% (重量)KOH 溶液(濃度 40% )0. 7% (重量)聚乙烯(PE)粉0. 3% (重量)聚丙烯酸(PA)粉0. 5% (重量)螯合型鈦酸酯偶聯劑(KR-201)乳液按以上比例稱量物料，將偶聯劑KR-201均勻溶解在KOH溶液內，然後依照正極料的常規製作方法進行乾粉混合、加鹼性電解質溶液後溼粉攪拌、壓片、粉碎、造成等工序，製成顆粒狀混合物。(2)正極體製作使用以上正極料在電池生產線上使用LR6電池正極成型設備壓制LR6電池正極環。每個電池三個環總重10. 7-10. 8g。(3)電池裝配在LR6電池生產線上依照常規工藝完成電池裝配。其中隔膜元件內電解液加入和吸收量1. 45-1. 47g，鋅膏(負極材料)加入量6. 0-6. Igo實施例2該實例用於說明本發明提供的正極和鹼錳電池。按照與實施例1相同的方法，製得正極和LR6電池。不同的是，在電池裝配中，採用真空方式進行電解液吸收。電解液加入和吸收量1. 55-1. 57g。實施例3該實例用於說明本發明提供的正極和鹼錳電池。按照與實施例1相同的方法，製得正極和LR6電池。不同的是，在電池裝配中，採用加熱方式(注液後的電池通過銅質基座加熱，加熱溫度60°C -90°C同時進行電解液吸收)。 電解液加入和吸收量1. 55-1. 57g。實施例4該實例用於說明本發明提供的正極和鹼錳電池。按照與實施例1相同的方法，製得正極和LR6電池。不同的是，在電池裝配中，採用真空方式和加熱方式(注液後的電池通過銅質基座加熱，加熱溫度60°C -90°C同時進行電解液吸收)。隔膜電解液加入和吸收量1. 65-1. 67g。對比例1該對比例用於說明現有技術的電池正極和鹼錳電池。
按照與實施例1相同的方法，製得正極和LR6電池。不同的是，在正極料中不加入偶聯劑KR-201。電池裝配中採用常壓、常溫方式吸收電解液，電解液加入和吸收量 1. 45-1. 47g。對比例2該對比例用於說明現有技術的電池正極和鹼錳電池。按照與實施例1相同的方法，製得正極和LR6電池。不同的是，在正極料中不加入偶聯劑KR-201，也不加入聚乙烯(PE)粉和聚丙烯酸(PA)粉。電池裝配中採用常壓、常溫方式吸收電解液，電解液加入和吸收量1. 45-1. 47g。性能測試該測試例用於測定實施例1 4和對比例1 2製得的電池的性能。按照IEC60086-2-2006標準中規定的方法分別測定實施例1 4製得的電池 S1-S4，以及對比例1 2製得的電池Dl、D2的大電流高負荷典型項目放電容量，結果如表 1所示。表1的結果表明1)在相同條件下，摻入螯合型鈦酸酯偶聯劑相比於不加入偶聯劑的情況將顯著提高鹼錳電池高負荷大電流放電性能和貯存性能；2)採用在加熱或/和真空條件下進行電解液的滲入將提高電解液的滲入量，從而進一步的提高電池性能。表 權利要求
1.鹼錳電池正電極體，該正電極體是通過將主要由二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物、鹼性電解質溶液、鈦酸酯偶聯劑混合製成的顆粒狀混合物進行模壓後製得。
2.如權利要求1所述的鹼錳電池正電極體，其特徵在於所述有機聚合物包括聚乙烯粉末以及聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉鹽中的其中一種或兩種。
3.如權利要求2所述的鹼錳電池正電極體，其特徵在於所述聚乙烯粉末佔混合物總重量的0.2% 2% ；所述聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉鹽佔混合物總重量的0. 05% 1%; 所述鈦酸酯偶聯劑佔混合物總重量的0. 2% 1%。
4.如權利要求3所述的鹼錳電池正電極體，其特徵在於所述聚乙烯粉末佔混合物總重量的0. 5% ；所述所述聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉鹽佔混合物總重量的0. 0. 5% ；所述鈦酸酯偶聯劑佔混合物總重量的0. 5% 0. 8%。
5.如權利要求1、2、3或4所述的鹼錳電池正電極體，其特徵在於所述鈦酸酯偶聯劑為螯合型鈦酸酯偶聯劑。
6.鹼錳電池正電極體的製造方法，其步驟為先將鈦酸酯偶聯劑摻入鹼性電解質溶液中，然後將分散有鈦酸酯偶聯劑的鹼性電解質溶液摻入二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物的混合物中再混合製成顆粒狀混合物，最後將顆粒狀混合物進行模壓後製得正電極體。
7.鹼錳電池，包括由外向內依次設置的正極殼O)、正電極體(3)、隔膜元件(4)和負極材料(5)以及絕緣封裝於正極殼(2)的埠上並與其中的負極材料(5)連接的負極集電體 (1)，其特徵在於該正電極體(3)採用權利要求1 6中任意一項權利要求所述的正電極體。
8.鹼錳電池的製造方法，其步驟為先將權利要求1 6中任意一項權利要求所述的正電極體(3)裝入正極殼O)內，再在正電極體(3)的內部裝入隔膜元件G)，然後在隔膜元件⑷中加入電解液，待電解液通過隔膜元件⑷滲入正電極體⑶後，再在隔膜元件 (4)內部裝入負極材料(5)，最後安裝負極集電體(1)。
9.如權利要求7所述的鹼錳電池的製造方法，其特徵在於電解液通過隔膜元件(4) 滲入正電極體(3)的過程是在真空環境下進行的。
10.如權利要求8或9所述的鹼錳電池的製造方法，其特徵在於電解液通過隔膜元件 (4)滲入正電極體(3)的過程是在加熱的條件下進行的，加熱溫度為60°C 90°C。
全文摘要
本發明公開了一種能夠顯著提高鹼錳電池高負荷大電流放電性能和貯存性能的鹼錳電池正電極體及其製造方法。該正電極體是通過將主要由二氧化錳、導電碳材料、有機聚合物、鹼性電解質溶液以及鈦酸酯偶聯劑混合製成的顆粒狀混合物進行模壓後製得。通過試驗對比發現，當使用在混合物中摻入鈦酸酯偶聯劑模壓製成的正電極體比未摻入偶聯劑以及摻入矽烷偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑模壓製成的正電極體具有明顯提高的高負荷大電流放電性能和貯存性能。此外，本發明還提供一種具有優異的高負荷大電流放電性能和貯存性能的鹼錳電池以及該鹼錳電池的製造方法。
文檔編號H01M4/08GK102412385SQ201110285310
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者倪桃, 王勝兵, 袁勝平, 郭龍, 雷聲 申請人:四川長虹電器股份有限公司