[发明专利]一种组合物及其用途以及锌锰电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及可用于锌锰电池电解液的组合物、该组合物的用途以及由其制备的锌锰电池。

背景技术

锌锰电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池，俗称干电池。锌锰电池是用面粉、淀粉等使电解液成为凝胶，不流动，形成隔离层，或用棉、纸等加以分隔。锌锰电池的开始电压随使用的MnO₂的种类、电解液的组成和pH值等的不同而异，一般在1.55～1.75V，公称电压为1.5V。

锌锰干电池一般可分为酸性锌锰干电池和碱性锌锰电池，酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减少锌的腐蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。正极材料中间插入一根炭棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸，该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢 (Leclanche)发明的，故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池；碱性锌锰电池简称碱锰电池，它是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了1949年才投产问世。人们发现，当用KOH 电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。

汞齐化是指汞在室温下能与固体状态下的金属粉末经调和后形成合金，这种合金化的过程称为汞齐化。锌粉汞齐化后形成的汞齐化膜可将锌粉表面覆盖均匀平整，从而改变了锌粒表面状况，使锌电极活化，从而提高电池的电性能，降低电池的漏液率。在电池放电过程中，汞则在锌粒表面不断向锌粒内部扩散，因此，使放电平稳。所以，在汞齐化率低的条件下，要保持锌粉耐蚀性，就必须添加适量的能提高氢过电位，阻制汞在电池放电前向锌拉子内部扩散的微量元素，并在不影响放电反应范国内，适当减少锌粉比表面积。

汞由于其高毒性及污染性现在都在寻求其合适的替代物，为此研究者进行了各种尝试，首先是人们考虑从材料入手，试图从负极材料合金化、利用一些元素来替代汞元素；其次是人们也尝试通过锌电极的环境改变电极的使用寿命，最突出的就是采用缓蚀剂的方法，利用有机物质抑制锌的腐蚀，来替代汞以减缓锌自放电，在诸多的方案中，这些技术在不同程度上推动了电池技术的进步，推进了无汞化的技术进程。可是，与含汞电池的优势相比还有一定的差距，因此，研究一种性能可替代汞，又能具备含汞电池优势的材料是本领域亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可抑制负极材料自放电并且导电性能优异的组合物和其用途以及由其制作的锌锰电池。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案为：

一种组合物，所述组合物包括氯化锌、黄嘌呤衍生物和喹啉衍生物或异喹啉衍生物；

所述黄嘌呤衍生物具有以下结构式：

其中，R₁为H或甲基,R₂为H或甲基,R₃为H或甲基,X为氯离子、硫酸根离子、醋酸根、柠檬酸根、苹果酸根或乳酸根；

所述喹啉衍生物具有以下结构式：

所述异喹啉衍生物具有以下结构式：

其中，R₁为烷基，R₂为H或甲基，n为1-10的数值，X为氯离子、硫酸根离子、醋酸根、柠檬酸根、苹果酸根或乳酸根。

该组合物具有优异的导电性，还可以赋予电解液抑制负极材料自放电的性能，其在非工作状态尽可能是降低负极材料的自放电，这将大大延长电池的使用寿命；而在使用时由于其优异的导电性能则可以使电池具备良好的性能。

优选地，所述组合物中各组分的含量分别为：氯化锌20-40wt％、黄嘌呤衍生物20-40wt％，喹啉衍生物或异喹啉衍生物20-40wt％。采用该重量百分比的组合物具有最佳的电学性能。

优选地，所述黄嘌呤的衍生物中的阳离子部分具有以下结构式之一：

。采用上述结构后可以使组合物的性能更佳。

优选地，所述黄嘌呤衍生物来自植物的提取物，所述植物为茶叶、可可或咖啡。采用天然原料可以降低成本。

优选地，所述喹啉衍生物或异喹啉衍生物来自天然喹啉或天然异喹啉与环氧乙烷反应的产物。采用天然原料可以降低成本。

进一步地，所述组合物的缓蚀效率不低于75％。