[发明专利]一种碱性锌锰电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种电池，尤其是一种碱性锌锰电池及其制备方法。

背景技术

当前越来越多高耗电便携式多功能电子产品进入市场，如数码相机、电动牙刷、电动剃须刀、闪光灯和遥控电动玩具等等。消费者需要选择大功率、大容量电池来满足其使用要求，普通碳性电池和目前一般碱性锌锰电池很难满足高耗电电子产品的性能要求。锂电池虽然具有高容量、大电流的性能，但由于其使用无水有机电解液，电池易燃易爆事故常有发生，而且价格昂贵，所以大多数消费者对这种一次性锂电池选择不是太多。最近新上市的一次性锌-镍电池因其大电流输出功率的电化学特性，较为适合应用在数码相机上。该电池开压为1.72～1.74V，对于一般的1.5V电池设计的电子产品使用存在不安全因素，易造成电子产品的损坏，因而消费者的选择受到限制。锌-镍电池与普通碱性电池比较，因镍矿资源的缺乏，电池的生产成本偏高；作为不可充电池一次性使用，务必大量浪费贵重的资源。如中国发明专利ZL200810306304.5公开了一种高稳定大电流碱性电池及其制造方法，该电池是用混合的多元素金属氧化物作为正极的主要材料，以减少氧化镍的使用量。选用改性二氧化锰掺混在羟基氧化镍（NiOOH）正极材料中，降低了生产成本又改善锌-镍电池各方面的电化学性能。

碱性锌锰电池，正极主要是MnO₂与石墨，加入适量的粘合剂和KOH电解液混合均匀，经过压片、造粒、打环形成的环式结构的正极混合物；而负极主要是锌粉、水溶性聚合物和KOH电解液组成的浆状负极混合物。碱性锌锰电池与普通的碳性电池结构并不一样，普通碳性电池是将锌筒作为电池负极，而碱性锌锰电池的负极是用细的锌合金粉与水溶液聚丙烯酸，加入38%左右的KOH强碱电解液制成的锌膏。锌锰电池中的锌因强碱电解液的腐蚀而容易引起电池的自放电，主要原因是锌负极溶解的条件是体系中存在一对共轭反应，在Zn-Mn-H₂O体系中，共轭反应是由析氢反应和锌的阳极氧化反应构成的，反应式为Zn+2OH^－=ZnO₂^2－+H₂↑。随着电池产品储存时间的延长，慢慢产生H₂，同时降低电池的放电容量，降低电池的产品质量，并且产生不安全因素，如电池产品的气胀而容易发生碱性锌锰电池中碱性电解液的泄露等。

在早期碱性锌锰电池生产中，在负极混合物中添加少量汞，形成汞齐化锌粉来提高锌的析氢过电位，抑制锌负极的腐蚀，减少电池的自放电，从而保证了电池产品的质量。而汞的添加造成了环境方面的负面影响，大量汞的使用危害人类的身体健康，因而当前碱性锌锰电池的生产已经禁止在负极锌粉中添加汞来提高电池产品的质量。为了实现锌锰电池的无汞化，选用析氢过电位较高且又不污染环境的金属元素代替汞，如In、Bi、Sn、Al等。这些元素添加到锌粉中，形成锌合金可以减少锌粉的腐蚀。