[发明专利]用于二次锌镍电池的锌负极和含该锌负极的二次锌镍电池

说明书

本申请为发明名称为“用于二次锌镍电池的锌负极及其制备方法和含该锌负极的二次锌镍电池”、申请日为2005年1月28日、申请号为200510002899.1发明专利申请的分案申请。

【技术领域】

本发明涉及一种二次锌镍电池的锌负极和使用该锌负极的二次锌镍电池。

【背景技术】

二次锌镍电池在充电末期和过充电时，从镍正极不断析出的氧气，一部分在负极与金属锌反应而被吸收，另一部分则通过在负极表面发生的电化学还原反应而被吸收。氧气被吸收的过程叫做氧气的复合。二次锌镍电池中锌负极复合氧气的能力较差，使得充电过程末期和过充电时，特别是充电电流较大的情形下，镍电极产生的氧气，不能在锌负极上被顺利地复合。当正极产生的氧气的速率大于负极吸收氧气的速率时，由于氧气的积累，电池的内部压力会逐渐增大，当压力增大到使电池安全阀开启时，内部气体泄漏，并且，电解液会伴随着一起泄漏。

特别是在无绳电话应用领域，由于使用者在不使用无绳电话时通常会把无绳电话置于充电器上持续充电，所以，无绳电话中的电池组必须具有很强的耐过充电能力。否则当电池过度充电时电池的内部压力会逐渐增大，最终导致电解液泄漏并腐蚀电路板，损坏电话。

为了降低电池的内压，有两个思路。一是提高充电时氧气在镍电极上的析出过电位，减少正极过充电时氧气的析出。二是强化锌负极对氧气的复合，减少氧气在电池内部的积累。

以往在制备锌负极时，如CN1501530A所述，为了改善导电性，负极活性物质中可以加入导电剂如炭黑、石墨等。为了改善锌负极的氧复合能力，可以使用憎水的粘合剂如聚四氟乙烯(PTFE)，并在锌负极中形成憎水网络，憎水网络会在电极中形成一些有限的疏水孔隙，便于氧气进入电极内部而复合。但这并不足以完全控制电池过充电时内压的上升。因为，锌负极中亲水的氧化锌和炭黑都是吸液能力很强的物质，特别是炭黑，其孔隙率很大，常规的锌负极制备过程中，由于制备体系是含水体系，在将氧化锌、炭黑、金属氧化物添加剂和亲水粘合剂搅拌成浆料时，炭黑的孔隙中首先吸附的是亲水的粘合剂，使得在电池注入电解液后，炭黑的孔隙中充满了电解液，电解液阻挡了氧气进一步深入电极内部的路径。也就是说，炭黑中的孔隙不但没有被利用来促进氧气的复合反而阻碍了氧气的复合。

目前，为改善氧气在锌负极上的复合，被广泛采用的是隔离负电极叠合设计，例如美国专利USP5460899所述：在隔离负电极叠合设计中，一种憎水的气体扩散膜用来分隔两片锌半电极板，在由两片锌半电极板及中间的气体扩散膜组成的一个完整的锌负极中，正极充电过程中产生的氧气能够通过憎水的气体扩散膜到达锌半电极的内侧，在锌负极上复合。很显然，由于憎水透气膜的存在，不做其它改变，就使整个锌负极与氧气接触的面积增大了一倍。

但是，这种方法弊端不少。首先，两片锌半电极使电极的集流体使用量增大了一倍，增加了原材料成本。其次，制造一个完整的锌负极极板的工序烦琐，增加了人工成本。第三，这种隔离负电极叠合设计的锌负极只适合叠片式的电池结构——通常为方型电池，而不适合于卷绕式的电池结构——通常为圆柱型电池。

无论是从节约成本还是产品多元化的角度出发，都有必要重新设计一种能有效改善复合氧能力的新型锌负极。

【发明内容】

本发明提供的技术方案，即是从强化锌负极对氧气的复合着手，减少氧气在电池内部的积累，解决二次锌镍电池充电时内压过高的问题。

本发明的一个目的是提供一种二次锌镍电池的锌负极，通过在锌负极负极活性物质中添加导电性多孔憎水颗粒，从而改善锌负极的复合氧的能力。

本发明的另一个目的是提供一种包括上述锌负极的二次锌镍电池，由于锌负极具有较高的氧复合能力，使得所述二次锌镍电池具有低的内压。

本发明的思路是：用导电性良好的多孔粒子与憎水物质制备成憎水透气颗粒，并使这些颗粒在锌负极表面和内部均匀地分布，其既起导电剂的作用，又为氧气的传输和复合提供气体通道，这样就能达到使氧气顺利到达锌负极表面和内部而被复合的目的。

因此，根据本发明的第一方面，提供一种用于二次锌镍电池的锌负极，所述锌负极包括集流体和涂覆于该集流体上的负极活性物质，所述负极活性物质含有氧化锌、粘合剂和导电性多孔憎水颗粒，所述的导电性多孔憎水颗粒是吸附有憎水物质的炭黑，所述导电性多孔憎水颗粒平均分布在锌负极的所述负极活性物质中。

所述负极活性物质中基于所述负极活性物质总重量的各成分的重量百分含量可以为：

氧化锌：86～95％；

粘合剂：1～8％；

炭黑：0.2～5％；