[发明专利]一种碱性锌锰电池的钢壳及碱性锌锰电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于碱性锌锰电池钢壳的导电涂层技术领域，尤其是涉及一种碱性锌锰电池的钢壳。

背景技术

碱性锌锰电池主要是由负极、隔膜纸、电解液、壳体五大部分组成；碱性锌锰电池负极主要由锌粉、吸水性聚合物为凝胶剂和溶有ZnO的KOH为电解液制成的浆状混合物。正极主要是二氧化锰(MnO2)，石墨，加入适量粘合剂或脱模剂和KOH电解液，混合均匀经过压片、造粒、打环后制成环式结构的正极混合物。隔膜纸是一种特殊的多孔膜，电解液是由KOH溶液。壳体是由负极底、密封圈、以及钢壳共同形成一个密封装置。

其中碱性锌锰电池的钢壳不同于其他电池，其既是电池的容器，更是正极集流体：活性材料均匀分布于钢壳集流体表面，集流体通过与活性材料的物理接触将电化学反应产生的电子汇集并导出至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。集流体与活性材料间的接触是碱性锌锰电池放电性能的重要影响因素。因盲孔电镀的镍镀层口厚底薄，造成口部的内腔尺寸小于底部的内腔尺寸，因此即使正极环的尺寸完全相同，环分别与口部和底部的钢壳配合程度也是不同的。钢壳对电池大电流放电性能的影响主要来自于其内表面处理状况，钢壳内壁导电涂层可以增加环与壳体的配合均匀性与导电性，是提高正极活性物质利用率以及电池大电流放电性能的重要手段。另外，在现行的钢壳电镀生产工艺中，无论口部还是底部都存在电镀针孔，尤其是底部甚至存在漏底现象而露出铁基体。由于MnO2的电位较正(φoMnO2/MnOOH＝0.415V)，而钢壳内表面镍镀层尤其是钢壳基体的电位较负(φoFe/Fe(OH)3＝-0.89V)，所以钢壳内表面会受到正极物质化学的与电化学的氧化作用，使镍镀层氧化与基体(针孔、露底或撕裂处)氧化。常见的现象为钢壳内表面的麻点或锈点，降低钢壳的导电能力，进而影响到对正极的集流效果，降低电池的贮存放电性能。在钢壳内壁涂上一层导电涂层，可机械地隔离钢壳与正极的接触，从而防止或缓解正极物质MnO2对钢壳化学的与电化学的氧化。

导电涂层是由导电涂料在钢壳内壁喷涂得到的，目前没有专门针对碱性锌锰电池的而设计的导电涂料。目前的导电涂料从导电性能和成本综合考虑，主要选择导电性良好的石墨或碳黑作为导电涂料的碳材料，例如青岛天润、德国汉高、日本昭和电工、上海中兴派能等企业。我们通过大量的实验发现：要达到钢壳内表面的防腐与抗氧化要求，采用以上厂家导电涂料时涂层厚度需要不低于5～50μm，这一方面导致电池内阻增大，另一方面会致使电池容量降低；由于钢壳内表面憎水性保护膜的使用、电池长时间的贮存以及高分子粘结剂粘结性能的下降，普通碳材料基导电涂层与钢壳间的粘附性会逐渐降低并且导电涂层吸液产生不可逆膨胀，导电涂层脱落致使界面电阻进一步增大、电池各项贮存放电下降明显，目前一般厂家生产的碱锰电池在保质期内3-4年，电池内阻便增加3-4倍、大电流放电性能便下降30％～50％。

总之，目前的以石墨或碳黑作为导电基体的涂料/涂层被广泛用于碱锰电池钢壳，但我们发现因其对钢壳内表面的覆盖密度与保护能力有限，需要较高的厚度，而较高的涂层厚度(5～50μm)导致钢壳的径向电阻增加、电池容量降低，同时导电涂层对钢壳的粘接性能减低，最终导致电池大电流放电性能、贮存性能降低，不适应当前新型数码电器产品发展的需要，极大地制约了碱性锌锰电池市场的进一步拓展。本领域缺乏一种可以提高碱性锌锰电池的大电流放电、电池贮存性能的钢壳内壁导电涂层改进技术，本领域迫切需要开发这种可使得碱性锌锰电池大电流放电、电池贮存性能大幅度提升的技术。

本发明采用一种新型的具有二维纳米结构的导电材料—石墨烯，从其结构和物理性能分析，石墨烯改性的导电涂层，将具有较高的导电性能，除此以外，我们还意外的发现由于其特殊的片层以及高缺陷高官能团结构，使用该材料改性钢壳内表面时，导电涂层对钢壳内表面的覆盖密度与粘附性能将大大提升(如图1所示)，可有效的抑制因常规碳材料涂层的覆盖致密度低或膨胀剥离产生的钢壳腐蚀生锈，涂层厚度只需要做到0.01～20μm，因此不损失容量，另外还提高导电性能，降低正极环与钢壳间的界面电阻与径向电阻，致使碱性锌锰电池的正极活性物质以及容量得到更好的发挥，改善碱性锌锰电池的大电流放电性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高导电涂层与钢壳内表面的覆盖密度与粘接性能，降低电池径向电阻与正极环与钢壳间的界面电阻，进一步提高碱性锌锰电池的大电流放电性能的碱性锌锰电池的钢壳。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：