[发明专利]一种锌锰电池用负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锌锰电池用负极材料，原料包含以下重量份：基材40～80份、导电碳材料10～40份。本发明申请通过纳米锌粉、二硫化钼、碳化硅复配的基材和羧基化石墨烯量子点、改性碳纳米管复配的导电碳材料的协同作用有效提升了电池的整体电容量、导电性和循环性能，明显延长了锌锰电池的使用寿命，适宜在电池领域推广，具有广阔的发展前景。

技术领域

本发明涉及锌锰电池领域，尤其涉及一种锌锰电池用负极材料及其制备方法。

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。

碱性锌锰电池，正极主要是MnO₂，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；而负极一般为锌粉、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 MnH₂O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。但铟、铋等金属价格昂贵，造成了很大的成本负担，并且其制备的锌锰电池在电容量和循环效果上存在缺陷。另一方面，它们的性能对其负极中的其他辅助材料的电导率非常敏感，诸如聚四氟乙烯的聚合物在制造电池负极材料中仅充当粘合剂的作用，作用比较单一，另外聚合物的添加使得锌锰电磁负极的活性材料的电导率受到影响，其进一步降低了电池的容量和充放电次数。

因此，研究一种缓蚀效果优异、具有良好电容量和循环效果，并且不添加任何有机聚合物的新型锌锰电池用负极材料是一项十分有意义的工作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种锌锰电池用负极材料，原料包含以下重量份：基材40～80份、导电碳材料10～40份。

作为一种优选的方案，所述基材为锌粉、二硫化钼、碳化硅、氧化铟、聚丙烯酸中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述基材为锌粉、二硫化钼和碳化硅。

作为一种优选的方案，锌粉、二硫化钼和碳化硅的重量比为50～60：1～10：1～10。

作为一种优选的方案，所述锌粉为纳米锌粉；纳米锌粉的粒径为100～500nm。

作为一种优选的方案，所述导电碳材料为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨、石墨烯量子点、改性碳纳米管中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述导电碳材料为石墨烯量子点和改性碳纳米管。