專利名稱：堿性干電池及堿性干電池用正極合劑粒料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種堿性干電池及堿性干電池用正極合劑粒料。
背景技術(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(wú)環(huán)境污染而成為各種設(shè)備的電源提供裝置。在堿性干電池的正極中添加各類活性物質(zhì)以增強(qiáng)堿性干電池的放電和續(xù)航時(shí)間是改善堿性干電池性能的重要技術(shù)手段?，F(xiàn)有的專利，例如公開(kāi)號(hào)為“ CNl01719547A ”的中國(guó)專利，其通過(guò)在正極粒料中添加O. l_5wt%的鋇或鈣元素；又如公開(kāi)號(hào)為“CN1565064”的中國(guó)專利，其通過(guò)在正極粒料中添加選自Ti (OH)4及TiO(OH)2的添加劑。上述專利中，均需 要額外添加其他元素，造成生產(chǎn)成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)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(jiǎn)單的堿性干電池。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是提出一種堿性干電池，其包括正極合劑粒料和凝膠狀負(fù)極，所述正極合劑粒料和凝膠狀負(fù)極被隔膜隔開(kāi)；所述正極合劑粒料包括電解二氧化錳粉末、第一石墨、第二石墨、有機(jī)酸鋅鹽、正極電解液、純水，上述各組分的重量比為100 3.75 3.75 0.8 3.3 O. 5 ;所述第一石墨為粒徑范圍為0_30微米且碳含量大于68%的膨脹石墨，所述第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85%的膨脹石墨。采用膨脹石墨而非普通的石墨，能夠改進(jìn)碳顆粒與電解二氧化錳粉末之間的接觸特性。同時(shí)膨脹石墨的使用能促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成并減少了不參與電化學(xué)還原反應(yīng)的電解二氧化錳的量，增加電解二氧化錳的使用效率。然而膨脹石墨的使用量以及粒度范圍和膨脹范圍必須控制在一個(gè)合理的范圍，若粒度過(guò)小而膨脹能力過(guò)大時(shí)，則導(dǎo)致堿性干電池安全性能欠佳，若粒度過(guò)大而膨脹性能過(guò)小時(shí)，則達(dá)不到膨脹石墨所需要達(dá)到的增強(qiáng)導(dǎo)電性能的結(jié)果。本發(fā)明通過(guò)選用兩種不同粒徑范圍和碳含量的膨脹石墨，并通過(guò)合理配置兩種膨脹石墨與其他組分的配比來(lái)達(dá)到安全性能和導(dǎo)電性能的平衡點(diǎn)，使得本發(fā)明堿性干電池不僅具有較好的導(dǎo)電性能，同時(shí)具有較佳的安全性能。進(jìn)一步地，所述電解二氧化錳粉末各組分及重量百分比為二氧化錳大于90%，水小于3. 5%，硫酸根小于I. 8 %，鹽酸不溶物小于O. 3% ;所述電解二氧化錳粉末粒徑分布范圍為O至150um，其中具有75um以下的電解二氧化錳粉末的比率大于85%。電解二氧化錳粉末的粒徑范圍也是影響堿性干電池正極性能的重要參數(shù)，若電解二氧化錳粉末粒徑過(guò)小，則在制備過(guò)程中會(huì)引起二次凝集現(xiàn)象，使得電解二氧化錳和石墨等不能有效混合均勻；若電解二氧化錳粉末粒徑過(guò)大，則會(huì)使得電解二氧化錳與石墨的接觸面積變小，使得性能減弱。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%，所述正極電解液中還含有重量百分比小于等于O. 5%的碳酸鉀。進(jìn)一步地，所述正極合劑粒料的粒徑為0-120目。進(jìn)一步地，所述負(fù)極包括鋅合金粉和堿性電解液，相對(duì)于100重量份的鋅合金粉，堿性電解液中各組分的重量份數(shù)為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25重量份，交聯(lián)型聚丙烯酸鈉O. 2重量份,氧化銦0. 04重量份,純水3重量份,負(fù)極電解液53重量份。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(shí)間變長(zhǎng)、便于制作、使用壽命較長(zhǎng)；但是過(guò)多的交聯(lián)型丙烯酸鈉會(huì)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，所述負(fù)極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。本發(fā)明還提供一種堿性干電池用正極合劑粒料，所述正極合劑粒料包括電解二氧化錳粉末、第一石墨、第二石墨、有機(jī)酸鋅鹽、正極電解液、純水，上述各組分的重量比為100 3.75 3.75 0.8 3.3 O. 5 ;所述第一石墨為粒徑范圍為0-30微米且碳含量
大于68%的膨脹石墨，所述第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85%的膨脹石
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O進(jìn)一步地，所述電解二氧化錳粉末各組分及重量百分比為二氧化錳大于90%，水小于3. 5%，硫酸根小于I. 8 %，鹽酸不溶物小于O. 3% ;所述電解二氧化錳粉末粒徑分布范圍為O至150um，其中具有75um以下的電解二氧化錳粉末的比率大于85%。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%,所述正極電解液中還含有重量百分比小于等于O. 5%的碳酸鉀。進(jìn)一步地，所述正極合劑粒料的粒徑為0-120目。本發(fā)明通過(guò)采用兩種不同粒徑范圍和碳含量的膨脹石墨并合理配置兩種膨脹石墨和正極合劑粒料中其他組分的配比，使得本發(fā)明無(wú)需添加其他活性元素即可獲得較好的放電性能，同時(shí)還具有較佳的安全性能。本發(fā)明堿性干電池的新制干電池在恒溫環(huán)境中連續(xù)放電時(shí)間達(dá)到19小時(shí)，儲(chǔ)存干電池在恒溫環(huán)境中連續(xù)放電時(shí)間達(dá)到18. 5小時(shí)，儲(chǔ)存干電池在恒溫環(huán)境中小電流間歇放電時(shí)間達(dá)到130小時(shí)同時(shí)短路電流在35至45A之間，安全性能較佳。


圖I為本發(fā)明堿性干電池的剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)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(shí)施例。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明堿性干電池包括正極合劑粒料3和凝膠狀負(fù)極6，正極合劑粒料3和凝膠狀負(fù)極6被隔膜4隔開(kāi)。隔膜4優(yōu)選為法國(guó)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。正極合劑粒料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。正極合劑粒料3通過(guò)加壓被壓實(shí)于正極殼體I內(nèi)表面。正極殼體I的開(kāi)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(kāi)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。具體地，本發(fā)明堿性干電池的正極合劑粒料3通過(guò)如下方式制作(I)利用電解法制作電解二氧化錳粉末。在一較佳實(shí)施例中，電解二氧化錳粉末各組分的重量百分比為二氧化錳大于90%，水小于3.5%，硫酸根小于1.8%，鹽酸不溶物小于O. 3%;電解二氧化錳粉末粒徑 分布范圍為O至150um，其中具有75um以下的電解二氧化錳粉末的比率大于85%。(2)添加正極活性物質(zhì)。相對(duì)于100重量份的電解二氧化錳粉末，作為添加成分的各類添加物質(zhì)的組分如下第一石墨3. 75重量份、第二石墨3. 75重量份、有機(jī)酸鋅鹽0. 8重量份、正極電解液
3.3重量份、純水0. 5重量份。其中，第一石墨為粒徑范圍為0-30微米且碳含量大于68%的膨脹石墨，第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85%的膨脹石墨。正極電解液優(yōu)選為氫氧化鉀水溶液,氫氧化鉀水溶液中氫氧化鉀的重量百分比為39%，氫氧化鉀水溶液中還含有重量百分比小于等于O. 5%的碳酸鉀。(3)混合均勻后加壓。將上述電解二氧化錳和各類添加物混合、攪拌均勻后，先壓制成片狀，而后整粒成粒徑為0-120目的顆粒狀正極粉，最后使用中空?qǐng)A筒模具將得到的顆粒狀正極粉加壓成型為正極合劑粒料。進(jìn)一步地，本發(fā)明堿性干電池的凝膠狀負(fù)極6可通過(guò)如下方式制得取100重量份的鋅合金粉末并將該鋅合金粉末分散于凝膠狀的堿性電解液中。相對(duì)于100重量份的鋅合金粉，堿性電解液中各組分的重量份數(shù)為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25重量份，交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 2重量份,氧化銦0. 04重量份,純水3重量份,負(fù)極電解液53重量份。其中，負(fù)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36 %，負(fù)極電解液中還含有重量百分比為5%的氧化鋅。將本發(fā)明的堿性干電池與第一比較例和第二比較例的堿性干電池進(jìn)行比較測(cè)試。其中，第一、第二比較例與本發(fā)明的堿性干電池的不同之處僅在于第一比較例中，第一石墨的重量份數(shù)為2. 5份、第二石墨的重量份數(shù)為5份，第二比較例中，第一石墨的重量份數(shù)為5份、第二石墨的重量份數(shù)為2. 5份。測(cè)試方法包括電池短路電流測(cè)試、新制電池大電流連續(xù)放電性能測(cè)試、儲(chǔ)存電池大電流連續(xù)放電性能測(cè)試和儲(chǔ)存電池小電流間歇放電性能測(cè)試。其中，電池短路電流測(cè)試是指將制得的電池正負(fù)極短接后測(cè)試電路中的電流，即短路電流。若短路電流在35至45A之間，則說(shuō)明該電池性能優(yōu)良且不正常使用(短路)時(shí)不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而升溫過(guò)快造成電池發(fā)熱過(guò)大或者爆炸，即該電池安全性能優(yōu)異。若短路電流大于45A，則說(shuō)明該電池在短路后容易快速升溫導(dǎo)致安全性能變差。若短路電流小于35A，則說(shuō)明該電池在短路后升溫緩慢、安全性能更為優(yōu)異，但是大電流性能不佳。新制電池大電流連續(xù)放電性能測(cè)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(shí)，然后將電池連接一個(gè)恒定的電阻進(jìn)行大電流連續(xù)放電，測(cè)試其放電時(shí)間H10若放電時(shí)間H1大于18. 5小時(shí)，則說(shuō)明新制電池大電流連續(xù)放電性能優(yōu)異；若放電時(shí)間H1小于18. 5小時(shí)但大于18小時(shí)，則說(shuō)明新制電池大電流連續(xù)放電性能一般；若放電時(shí)間H1小于18小時(shí)，則說(shuō)明新制電池大電流連續(xù)放電性能較差。儲(chǔ)存電池大電流連續(xù)放電性能測(cè)試是指將新制的電池在常溫下儲(chǔ)存一段時(shí)間后連接一個(gè)恒定的電阻進(jìn)行大電流連續(xù)放電，并測(cè)試其放電時(shí)間h2。
若放電時(shí)間H2大于18. 2小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池大電流連續(xù)放電性能優(yōu)異；若放電時(shí)間H2小于18. 2小時(shí)但大于17. 8小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池大電流連續(xù)放電性能一般；若放電時(shí)間H2小于17. 8小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池大電流連續(xù)放電性能較差。儲(chǔ)存電池小電流間歇放電性能是指將新制的電池在常溫下儲(chǔ)存一段時(shí)間后連接一個(gè)恒定的電阻進(jìn)行小電流間歇放電并測(cè)試其放電時(shí)間h3。若放電時(shí)間H3大于125小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池小電流間歇放電性能優(yōu)異；若放電時(shí)間H3小于125小時(shí)但大于120小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池小電流間歇性能一般；若放電時(shí)間H3小于120小時(shí)，則說(shuō)明儲(chǔ)存電池小電流間歇放電性能較差。本發(fā)明堿性干電池以及第一比較例、第二比較例的堿性干電池的測(cè)試結(jié)果如下表
權(quán)利要求
1.一種堿性干電池，包括正極合劑粒料和凝膠狀負(fù)極，所述正極合劑粒料和凝膠狀負(fù)極被隔膜隔開(kāi)；其特征在于所述正極合劑粒料包括電解二氧化錳粉末、第一石墨、第二石墨、有機(jī)酸鋅鹽、正極電解液、純水，上述各組分的重量比為100 3.75 3.75 0.8 3.3 O. 5 ;所述第一石墨為粒徑范圍為0-30微米且碳含量大于68%的膨脹石墨，所述第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85%的膨脹石
2.如權(quán)利要求I所述的堿性干電池，其特征在于所述電解二氧化錳粉末各組分及重量百分比為二氧化錳大于90%，水小于3. 5%，硫酸根小于I. 8%，鹽酸不溶物小于O. 3% ;所述電解二氧化錳粉末粒徑分布范圍為O至150um，其中具有75um以下的電解二氧化錳粉末的比率大于85%。
3.如權(quán)利要求I所述的堿性干電池，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%，所述正極電解液中還含有重量百分比小于等于O. 5%的碳酸鉀。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的堿性干電池，其特征在于所述正極合劑粒料的粒徑為0-120目。
5.如權(quán)利要求I或2或3所述的堿性干電池，其特征在于所述負(fù)極包括鋅合金粉和堿性電解液，相對(duì)于100重量份的鋅合金粉，堿性電解液中各組分的重量份數(shù)為交聯(lián)型聚丙烯酸1. 25重量份，交聯(lián)型聚丙烯酸鈉0. 2重量份，氧化銦0. 04重量份，純水3重量份，負(fù)極電解液53重量份。
6.如權(quán)利要求5所述的堿性干電池，其特征在于所述負(fù)極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。
7.一種堿性干電池用正極合劑粒料，其特征在于所述正極合劑粒料包括電解二氧化錳粉末、第一石墨、第二石墨、有機(jī)酸鋅鹽、正極電解液、純水，上述各組分的重量比為100 3.75 3.75 0.8 3.3 O. 5 ;所述第一石墨為粒徑范圍為0-30微米且碳含量大于68%的膨脹石墨，所述第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85%的膨脹石
8.如權(quán)利要求7所述的正極合劑粒料，其特征在于所述電解二氧化錳粉末各組分及重量百分比為二氧化猛大于90%,水小于3. 5%,硫酸根小于I. 8%,鹽酸不溶物小于O. 3%;所述電解二氧化錳粉末粒徑分布范圍為O至150um，其中具有75um以下的電解二氧化錳粉末的比率大于85%。
9.如權(quán)利要求7所述的正極合劑粒料，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%，所述正極電解液中還含有重量百分比小于等于O. 5%的碳酸鉀。
10.如權(quán)利要求7或8或9所述的正極合劑粒料,其特征在于所述正極合劑粒料的粒徑為0-120目。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種堿性干電池，屬于電池領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的堿性干電池正極制備成本高的問(wèn)題。本發(fā)明堿性干電池包括正極合劑粒料、凝膠狀負(fù)極和隔膜；正極合劑粒料包括電解二氧化錳粉末、第一石墨、第二石墨、有機(jī)酸鋅鹽、正極電解液、純水，上述各組分的重量比為100∶3.75∶3.75∶0.8∶3.3∶0.5；第一石墨為粒徑范圍為0-30微米且碳含量大于68％的膨脹石墨，第二石墨為粒徑范圍為0-25微米且碳含量大于85％的膨脹石墨。本發(fā)明無(wú)需添加其他活性元素即可獲得較好的放電性能，同時(shí)還具有較佳的安全性能。本發(fā)明還提供一種堿性干電池用正極合劑粒料。
文檔編號(hào)H01M4/06GK102832371SQ201210321528
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月26日
發(fā)明者李海波, 鄒快樂(lè), 萬(wàn)文鵬 申請(qǐng)人:寧波倍特瑞能源科技有限公司