[发明专利]一种纳米氢氧化铋掺杂的二氧化锰电极

说明书

一.本发明所属技术领域

电化学科学与能源技术

二.本发明的技术背景

近年来，随着各类电子数码产品的迅猛发展，人们对电池的容量和大电 流放电性能提出了越来越高的要求。锌-二氧化锰自19世纪60年代发明以来， 已经有将近150年的历史，人们针对锌锰电池的不同侧面进行了大量的改进 和提高，期间经历了氯化馁型干电池、氯化锌型干电池和碱性锌锰电池的发 展过程，也涌现出数以万计的文献和相关发明专利。当前国家重点推广的碱 性锌锰电池作为锌锰电池最新一代的产品，以其具有生产技术成熟、性能稳 定、电容量较大等优点，成为一次电池的主导产品，使用极为广泛。其中2005 年，我国碱锰电池的生产和消费就达到了30亿只，并且保持了每年10％的增 加率。与其它价格昂贵的银锌电池和锂离子电池等高容量电池相比，碱性锌 锰电池仍存在比容量相对较小，放电电压随放电深度增加而逐渐下降，并在 大电流放电下容量衰减尤为明显等缺点。我们知道，相对于高电容量和电化 学活性的锌粉负极(825mAh/g)来说，碱锰电池的放电容量和性能受限于其二 氧化锰正极(308mAh/g)。分析二氧化锰的物理化学性质发现，二氧化锰电极 存在着从它的放电产物MnOOH继续放电为Mn(OH)₂的可能性，从而实现它的 双电子放电过程，使其理论放电容量达到616mAh/g。实际上由于MnOOH和 Mn₃O₄的电化学惰性，二氧化锰电极在碱液中的放电容量主要表现为单电子放 电过程，因而寻求一种新型的添加剂提高二氧化锰电极在碱液中的放电活性， 实现双电子放电过程，使提高碱性锌锰电池的电化学性能的途径。为此现有 的一些文献和专利报道了一些掺杂剂，主要为PbO，Bi₂O₃，TiO₂及BaTiO₃等， 这些掺杂剂在一定程度上提高了二氧化锰深度放电(如放电截止电压为0.6V) 的放电容量，但对于碱性锌锰电池在大功率放电情况下没有显著改善，这一 点对很多数码用电器来说是很重要的。我们曾在Electrochim.Acta，2006，51： 3118-3124和高等学校化学报，2004，25：2204-2207上报道了纳米氢氧化铋和纳 米铋酸钠的制备。最近的研究发现，氢氧化铋尤其是纳米氢氧化铋具有比现 有普通氧化铋更高的掺杂活性。在掺杂相同量的氧化铋和纳米氢氧化铋的条 件下，掺杂纳米氢氧化铋的二氧化锰电极可以在同样的放电电流密度下给出 更高的放电容量，或者在更高放电电流密度下仍然保持较高的放电容量。

本发明的目的在于仍以原料丰富的二氧化锰为阴极主要活性物质，通过 掺入少量活性添加剂，得到一种新型掺杂二氧化锰电极，使其相对于现用的 二氧化锰电极在中等电流密度下甚至在大电流放电情况下的电化学性能有显 著的提高或改善，解决现有碱锰电池容量来源于二氧化锰电极的问题。

三.本发明的发明内容