[发明专利]片状锌阳极及其制备方法和使用该片状锌阳极的叠层锌锰电池

说明书

技术领域

本发明涉及到干电池领域，具体指一种片状锌阳极及其制备方法和使用该片状锌阳极的叠层锌锰电池。

背景技术

片状锌阳极常规的生产方法是：在纯锌中加入0.30-0.80wt％的铅和0.020-0.035wt％的镉，或为进一步减少锌阳极腐蚀添加少量汞。其中添加铅可以使锌阳极获得连续多道次压延，提高锌的延展性和减少锌腐蚀性，添加镉可以使锌阳极获得机械强度和硬度，并提高析氢电位，减少腐蚀，添加汞可以减少杂质金属对锌的腐蚀，防止锌阳极孔蚀。

众所周知，铅和镉的熔点比较低，这些金属添加时容易产生铅气和镉气，造成生产环境和人身健康危害；处理这些含汞、镉、铅电池时，又会对土壤、水体及空气环境造成污染。虽然目前片状锌阳极中已不再添加汞，但其所添加的镉和铅对电池十分有效的成份很难消除，特别是片状锌阳极中的铅添加量仍然较高。

如果片状锌阳极中不添加镉，虽然可以压延成锌薄片，但达不到片状锌阳极的机械强度和硬度要求，如果同时不添加铅，锌阳极延展性差，无法压延为锌薄片，而且锌的腐蚀性增加，达不到电池性能要求。针对这些问题有人提出了在圆柱形锌锰电池负极壳或碱性电池负极锌粉中，加入铟、铋、铝、镁、钙、硅、镍、锰、锆、钛或稀土等元素构成一种无镉、无铅的锌合金，如JP6-302323A、US5425913A、CN1004778B等所提出的技术方案；但是这些专利技术中的锌合金均未涉及到并且也没有解决片状锌阳极必须连续多道次压延为锌薄片工艺和高熔点金属如镍、锰、锆、钛中间合金技术；众所周知，多元合金熔炼是十分复杂的，某些元素的加入或元素含量变化或元素组合不当，以及工艺条件不同，即会改变该合金的物理性能、机械性能和电化学性能，甚至可能造成合金恶化无法顺利加工；而已有技术中均未披露合金元素的组合、添加量对片状锌阳极的影响效果以及片状锌阳极中其它杂质影响研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种在不损失电池的放电性能和储存性能的前提下、不需要添加镉和/或铅即具有好的延展性、耐腐蚀性、机械强度和硬度的片状锌阳极。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种片状锌阳极的制备方法。

本发明所要解决的再一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种使用上述锌阳极的叠层锌锰电池。

针对上述目标，本发明人研究了可以代替镉、铅效果的各种金属，发现钛、锰、铝、铟、锡、铜、镍都有与铅一样良好的延展性，其中钛、锰、铝、铟还具有析氢过电位高，标准电位比锌更负，钝化系数大等特点，可提高锌的耐腐蚀性。而且钛、锰、铝、铟是公认的安全金属，可优选为镉、铅替代金属。同时发现这些金属与锌组合后表现出了不同的状态，如钛、锰、铝与锌组成合金后，其延展性和硬度提高了，但耐腐蚀性仍达不到含铅锌合金的效果；而铟与锌组成合金，耐腐蚀率显著提高，并改善了延展性、电池放电性能、储电性能，但是硬度会下降。这说明添加的元素组合是相当重要的。同时还发现改变金属的添加量会改变锌合金的物理和电化性能，如钛、锰、铝多加会影响放电性能，硬度超范围，而少加时延展性较差。

本发明人在研究用添加钛、锰、铝、铟代替铅、镉的同时，发现在锌锭中或锌阳极制造过程中带入的其它杂质金属也是影响锌阳极的重要因素。如铁、铜电位比锌正，会增加锌的腐蚀性，当铁、铜在锌中含量高时，腐蚀析气会增加。当氢离子结合为氧化性金属离子时会加速锌腐蚀和析氢气胀。镁在锌中能提高硬度，但会使锌脆性增加影响延展性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该片状锌阳极，其特征在于由下述组分组成：

钛或锰    0.002～0.01

铝        0.001～0.005

铟        0.002～0.01

余量的锌及不可避免的杂质；其中，不可避免杂质中

铅    ≤0.004

镉    ≤0.002

铁    ≤0.003

铜    ≤0.002

镁    ≤0.0005

上述各组份的含量均为重量百分数，并且各组份含量之和为100％。

因此本发明中片状锌阳极的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

①制备锌钛或锌锰中间合金：将部分锌熔融，580～750℃下加入钛或锰，少氧条件下保持1～4小时，完全熔融后，冷却铸成锌钛中间合金或锌锰中间合金；