專利名稱：一次性堿性電池的電極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，特別是指一次性堿性電池的電極材料。
背景技術(shù)：
一次性堿性電池包括有陽極、陰極、陽極和陰極之間有電解質(zhì)可滲透的隔板、以及堿性電解質(zhì)。陽極包括陽極活性材料，現(xiàn)主要是鋅或鋅合金顆粒和常規(guī)的膠凝劑，膠凝劑用來將鋅顆粒固定在懸浮液中，以使鋅粒能互相接觸，將陽極集電器插入膠凝的鋅極中，堿性電解質(zhì)典型的是氫氧化鉀的水溶液，也可以是氫氧化鈉或氫氧化鋰水溶液，陰極包括陰極 活性材料，其包含ニ氧化錳或羥基氧化鎳或它們的混合物以及導電添加劑如石墨等。現(xiàn)一次性堿性電池受商業(yè)型號的限制，其電池內(nèi)的容量是固定的，為了增加電池容量即電池的使用壽命或電池的較高功率消耗以適應(yīng)一些高功率用電器的需要，一般采用増加電極活性材料的界面表面積以及在電池中増加活性材料的方式來實現(xiàn)，這些一般是通過增加活性材料的密度的方式，而在活性材料的密度達到一定程度后，因密度增加導致在放電過程中電化學反應(yīng)速率降低，從而不能滿足高功率的需要?，F(xiàn)主要使用的鋅錳一次性堿性電池的另ー個問題是電池在特性上具有傾斜的電壓特征，也就是說，電池在放電時平均運行電壓逐漸降低，當電池以較高功率消耗吋，電壓的降低速度顯著，因此鋅錳電池在高功率下獲得的實際電池容量小于低功率消耗時的電池容量，因此現(xiàn)鋅錳電池不適用于高功率消耗的用電器比如相機等方面。為了實現(xiàn)能夠在高功率下使用的一次性堿性電池，現(xiàn)主要采用的是以羥基氧化鎳為陰極活性材料的堿性電池，或是采用羥基氧化鎳和ニ氧化錳按重量比I : I的比例來作陰極活性材料的方法來生產(chǎn)一次性堿性電池，但羥基氧化鎳同ニ氧化錳相比的成本要高的多。對于現(xiàn)有一次性堿性電池在使用后進行分析，不論是采用ニ氧化錳為陰極活性材料還是采用的羥基氧化鎳為陰極活性材料，在電池的陽極中，有占原重量15-25 %的鋅沒有反應(yīng)而被廢棄。研究發(fā)現(xiàn)，造成這ー原因的問題并不是這一比例的鋅不能進行反應(yīng)放電而是當電池內(nèi)的鋅到達這ー比例時，因電池內(nèi)的阻力増加，化學反應(yīng)速率降低，產(chǎn)生的電量已經(jīng)不能實際應(yīng)用，這類不能使用的電池內(nèi)依然在進行緩慢的電化學反應(yīng)而直到電池內(nèi)的陽極活性材料或陰極活性材料全部反應(yīng)完。因此，需要一種能夠在高功率時有更長的使用壽命和電池內(nèi)各材料反應(yīng)更徹底的一次性堿性電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在保證一次性堿性電池能夠適用于高功率消耗并具有同羥基氧化鎳為陰極活性材料類似的使用壽命的情況下，能夠減少生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一目的是使電池在使用壽命結(jié)束時，電池內(nèi)的陰極和陽極活性材料反應(yīng)的盡可能徹底，減少資源的消耗。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
在本發(fā)明中所指的百分比均為重量百分比。一次性堿性電池的電極材料，其包含有陽極材料和陰極材料，位于陽極和陰極之間的隔板，堿性電解質(zhì)，陽極集電器，凝膠；所述陰極材料包括陰極活性材料ニ氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨占陽極材料重量的5% -10% ;所述ニ氧化錳占陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳占陰極活性材料的10% -15% ;所述導電碳粒占陰極材料的30% -35% ;所述堿性電解質(zhì)水溶液的濃度為53% -60% ;所述凝膠分別占陽極材料和陰極材料的3%。所述堿性電池的陽極材料中含有0.01% -0. 03%用于防止產(chǎn)生氫的金屬或金屬氧化物，所述的金屬或金屬氧化物是指鉍、銦、鍺中一種或兩種以及鋁或氧化鋁。所述的堿性電池的陽極材料鋅或鋅合金中包括有0. 015% -0. 025%的鋁。所述堿性電解質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。
本發(fā)明的有益效果是1，通過本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在陽極材料中加入一定量的石墨，能夠有效的防止在電池的電化學反應(yīng)后期，因陽極中的鋅在反應(yīng)后所生成的氧化物表層阻礙反應(yīng)速度和降低電子的傳遞速度，能夠保證化學反應(yīng)能夠平穩(wěn)的進行，保證電壓的穩(wěn)定。2，通過在陰極活性材料中使用少量的羥基氧化鎳，能夠提高一定量的反應(yīng)速率的同時，降低了現(xiàn)有技術(shù)中的羥基氧化鎳的使用量，并通過使用高濃度的電解質(zhì)來提高反應(yīng)的徹底。
具體實施例方式以下通過具體實施例來詳細描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，本發(fā)明的具體實施例是示例性的，僅能用于解釋本發(fā)明的內(nèi)容而不能解釋為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明是通過以下實施方案實現(xiàn)的一次性堿性電池，其其包含有陽極材料和陰極材料，位于陽極和陰極之間的隔板，堿性電解質(zhì)，陽極集電器，凝膠和電池外殼；所述陰極材料包括陰極活性材料ニ氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨占陽極材料重量的5% -10%。實施例一在本發(fā)明的具體實施例中，陽極材料中的鋅或鋅合金采用顆粒形式，顆粒大致采用兩種方式，ー種為200目左右的顆粒，另ー種為10-30目左右的顆粒，這兩類顆粒的比例為3 10-4 10 ;所述的石墨占陽極材料重量的5%-12%采用10-30納米顆粒；在所述的鋅或鋅合金中包括有0.015% -0. 025%的鋁；如果在實施例中采用的是金屬鋅則以鋁粉或氧化鋁粉的方式按前述鋁的含量進行混合；如果在實施例中采用的是鋅合金，則在生產(chǎn)鋅合金中按比例添加。在鋅或鋅合金中添加鋁的目的是用于抑制氫氣的產(chǎn)生，按這ー比例的目的是保證在電解質(zhì)中鋁的含量為30-75ppm，若電解質(zhì)中鋁的含量低于30ppm，雖然也會起到一定的抑制氫氣的作用，但無法保證在電池的有效壽命內(nèi)電池產(chǎn)生的氫氣在準許范圍內(nèi)；若電解質(zhì)中鋁的含量高于75ppm，雖然能夠抑制氫氣的產(chǎn)生，但也會造成一部分的短路，影響電池的效率。在本發(fā)明的其它實施例中，選用的氫氣抑制劑可以是鉍、銦或鍺金屬或金屬氧化物中ー種或兩種。在本實施例中，所選用的堿性電解質(zhì)為53% -60%的氫氧化鉀水溶液，這ー選擇的堿性電解質(zhì)溶液的濃度要高于現(xiàn)技術(shù)所使用的40% -50%的電解質(zhì)溶液，通過發(fā)明人的分析，若使用的電解質(zhì)的濃度低是造成在電池使用壽命的后期電壓下降快的主要原因，若電解質(zhì)的濃度過高會影響電池初期的效率，經(jīng)過發(fā)明人的研究，當電解質(zhì)的濃度在53% -60%時能夠使電池的效率發(fā)揮的最好，特別是濃度在55%吋。在本發(fā)明中所使用的凝膠為現(xiàn)有技術(shù)及常規(guī)比例3 %，在此就不進行過多的說明。在發(fā)明所選用的陽極集電器采用空芯金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔為700-1200目，優(yōu)選為800目，在本實施例及以下實施例中均選用的是800目空芯金屬網(wǎng)。所述隔板為用于分隔陽極和陰極的材料同現(xiàn)有技術(shù)沒有改變。所述陰極材料包括陰極活性材料ニ氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述ニ氧化錳占陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳占陰極活性材料的10% -15% ;所述導電碳粒占陰極材料的30% _35%，在本發(fā)明中所使用的羥基氧化鎳的量為現(xiàn)有技術(shù)的 0.2-0. 3倍，而這一部份的羥基氧化鎳也能夠?qū)崿F(xiàn)提高陰極反應(yīng)效率的目的，并配合本技術(shù)的陽極及電解質(zhì)的技術(shù)改進實現(xiàn)電池能夠適應(yīng)于高功率用電器。在本實施例中，所選用的陽極集電器，隔板，凝膠同以下實施例相同，在此不再進行重復。在本發(fā)明的以下實施例中同本實施例不同的僅是材料的不同比重，其余的均相同，以下就通過對不同比例的材料進行詳細說明。實施例ニ在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為5%，所選用的鋁或氧化鋁占鋅量的0. 025%，也可以選用本技術(shù)方案中的所提到的鉍、銦、鍺中ー種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳占85%，羥基氧化鎳占15%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨占35%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的堿性電解質(zhì)選用的55%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現(xiàn)本發(fā)明，但從電池的效能及經(jīng)濟方面考慮以氫氧化鉀為優(yōu)選。在本發(fā)明的實施例中選用鋁作為氫抑制劑的原因在于其最經(jīng)濟。實施例三在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為10%，所選用的鋁或氧化鋁占鋅量的0.015%，也可以選用本技術(shù)方案中的所提到的鉍、銦、鍺中ー種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳占90%，羥基氧化鎳占10%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨占30%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的堿性電解質(zhì)選用的53%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現(xiàn)本發(fā)明，但從電池的效能及經(jīng)濟方面考慮以氫氧化鉀為優(yōu)選。實施例四在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅合金，陽極中石墨的比例為8%，所選用的鋁或氧化鋁占鋅量的0. 020%，也可以選用本技術(shù)方案中的所提到的鉍、銦、鍺中ー種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳占88%，羥基氧化鎳占12%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨占33%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的堿性電解質(zhì)選用的60%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現(xiàn)本發(fā)明，但從電池的效能及經(jīng)濟方面考慮以氫氧化鉀為優(yōu)選。實施例五
在本實施例中，陽極活性材料選用的是金屬鋅或鋅金屬，陽極中石墨的比例為12%，所選用的鋁或氧化鋁占鋅量的0.015%，也可以選用本技術(shù)方案中的所提到的鉍、銦、鍺中ー種或兩種金屬或金屬氧化物；陰極活性材料中二氧化錳占90%，羥基氧化鎳占10%，陰極中導電碳顆粒選用的是石墨占35%，也可以選用其它導電碳顆粒；所述的堿性電解質(zhì)選用的55%氫氧化鉀水溶液，當然也可以在此濃度下選擇氫氧化鈉或氫氧化鋰均能實現(xiàn)本發(fā)明，但 從電池的效能及經(jīng)濟方面考慮以氫氧化鉀為優(yōu)選。在本發(fā)明的所有技術(shù)方案中，此實施例是最佳實施方式。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一次性堿性電池的電極材料，其包含有陽極材料和陰極材料，位于陽極和陰極之間的隔板，堿性電解質(zhì)，陽極集電器，凝膠；其特征在于所述陰極材料包括陰極活性材料ニ氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨；所述石墨占陽極材料重量的5% -12% ;所述ニ氧化錳占陰極活性材料的85% -90% ;所述羥基氧化鎳占陰極活性材料的10% -15%;所述導電碳粒占陰極材料的30% -35%;所述堿性電解質(zhì)水溶液的濃度為53% -60% ;所述凝膠分別占陽極材料和陰極材料的3% ;所述陽極集電器為空芯金屬網(wǎng)，所述空芯金屬網(wǎng)孔為700-1200目。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一次性堿性電池的電極材料，其特征在于所述堿性電池的陽極材料中含有O. 01% -O. 03%用于防止產(chǎn)生氫的金屬或金屬氧化物，所述的金屬或金屬氧化物是指鉍、銦、鍺中一種或兩種以及鋁或氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一次性堿性電池的電極材料，其特征在于所述的鋁或氧化鋁占陽極材料中鋅的O. 015% -O. 025%?！?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中所述的一次性堿性電池的電極材料，其特征在于所述鋁或氧化鋁在堿性電解質(zhì)中的濃度為30-75ppm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一次性堿性電池的電極材料，其特征在于所述堿性電解質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化鋰。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的一次性堿性電池的電極材料,其特征在于所述堿性電解質(zhì)水溶液的濃度為55%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一次性堿性電池的電極材料，其特征在于所述空芯金屬網(wǎng)孔為800目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一次性堿性電池的電極材料，其包含有陽極材料和陰極材料，位于陽極和陰極之間的隔板，堿性電解質(zhì)，陽極集電器，凝膠；所述陰極材料包括陰極活性材料二氧化錳和羥基氧化鎳及導電碳粒；所述陽極材料為鋅或鋅合金及石墨。
文檔編號H01M4/62GK102856529SQ20121034331
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者黃宣斐 申請人:黃宣斐