[发明专利]一种碱性锌锰电池

说明书

本发明涉及一种碱性锌锰电池，其包括：负极、正极、隔离件和外壳；特别地，电池负极还含有添加剂，该添加剂在负极中的含量为负极重量的1％‑10％；并且该电池中负极电解液的浓度为26％‑40％，正极电解液的浓度为35％‑40％，电池电解液的浓度为26％‑40％。本发明的碱性锌锰电池中添加剂与负极电解液浓度的合理配合能够大幅提高电池的中小功率放电性能，同时电池的大功率放电性能也能得到大幅提升。

技术领域

本发明涉及一种碱性锌锰电池，特别涉及一种在大功率条件下放电性能得到改善的碱性锌锰电池。

背景技术

碱性锌锰电池通常以LR表示，其型号主要包括LR03、LR6、LR14、LR20、LR8D425等。一般情况下，碱性锌锰电池以锌为负极，二氧化锰为正极，氢氧化钾溶液为电解液。

在碱性锌锰电池负极发生的反应一直都没有明确观点。有的观点认为当电池放电时电池负极按反应(1)进行：

Zn+2OH^-→Zn(OH)₂ (1)

有的观点认为当电池放电时电池负极按反应(2)进行：

Zn+2OH^-→2ZnO+2H₂O (2)

有的观点认为当电池负极体系KOH溶液浓度低时电池负极放电时按反应(1)进行，KOH浓度高时电池负极放电时按反应(2)进行。

上述观点都不全面，实际在电池放电过程中，电池负极发生的反应过程非常复杂，大多数情况下两种反应是同时存在的，只是有主次之分，它和体系中KOH浓度、电池放电功率和电池放电深度有关。当电池进行大功率放电时，例如：1000mA，10s/m，1h/d的放电条件下电池负极主要按反应(1)进行，与体系中的KOH浓度关系不是很明显。即无论负极中电解液浓度高和低，电池在放电过程中负极的反应都是按(1)进行。当电池以3.9Ω连续放电时，电池负极发生的反应更为复杂，当负极电解液浓度大于38％时，电池负极以反应(2)为主，当电解液浓度在33％-38％之间时，反应(1)和(2)都有进行，当电解液浓度小于33％时，电池负极以反应(1)为主。

碱性锌锰电池整个体系的电池总反应：

Zn+2MnO₂+2H₂O→Zn(OH)₂+2MnOOH (3)

Zn+2MnO₂+H₂O→ZnO+2MnOOH (4)

如果电池负极按反应(1)进行，那么对应的电池总反应是(3)；如果电池负极按反应(2)进行，那么对应的电池总反应是(4)。无论按哪种反应进行，电池总反应都是一个消耗水的过程。因此，电池在放电过程中，电池体系的KOH浓度是变化的，所以电池负极反应除了与电池放电功率和电解液浓度有关外，还和电池放电深度有关。

上述这只是电池放电过程中负极方面的部分反应过程，整个电池的反应过程更为复杂，它还和正极有关。以LR6电池为例，目前碱性锌锰电池小功率放电，例如10欧姆和100mA连续放电到0.9V时，电池的活性物质利用率大于80％，但是电池在大功率如1.5W/0.65W，2S/30S，5m/h，24h/d终止电压为1.05V的放电条件下，电池活性物质的利于率小于30％。在大功率放电条件下，电池负极反应主要是进行反应(1)，电池总反应按反应(3)进行。由于功率高，电池电流密度大，化学反应快，电池耗水量多，电池负极体系的KOH浓度很容易升高。当浓度增加时，电池中电解液导电性能降低，电池极化增大；随着电池放电深度增加，负极部分区域的KOH浓度增加达到50％以上时会析出KOH晶体，KOH晶体使得负极体系的离子导电系统失效，电池无法放电。