本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可用于鋅錳電池電解液的組合物、該組合物的用途以及由其制備的鋅錳電池。
背景技術(shù)：
鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池，俗稱干電池。鋅錳電池是用面粉、淀粉等使電解液成為凝膠，不流動，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開始電壓隨使用的mno2的種類、電解液的組成和ph值等的不同而異，一般在1.55～1.75v，公稱電壓為1.5v。
鋅錳干電池一般可分為酸性鋅錳干電池和堿性鋅錳電池，酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負極，并經(jīng)汞齊化處理，使表面性質(zhì)更為均勻，以減少鋅的腐蝕，提高電池的儲藏性能，正極材料是由二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成的一個混合糊狀物。正極材料中間插入一根炭棒，作為引出電流的導(dǎo)體。在正極和負極之間有一層增強的隔離紙，該紙浸透了含有氯化銨和氯化鋅的電解質(zhì)溶液，金屬鋅的上部被密封。這種電池是19世紀(jì)60年代法國的勒克蘭謝(leclanche)發(fā)明的，故又稱為勒克蘭謝電池或炭鋅干電池；堿性鋅錳電池簡稱堿錳電池，它是在1882年研制成功，1912年就已開發(fā)，到了1949年才投產(chǎn)問世。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用koh電解質(zhì)溶液代替nh4cl做電解質(zhì)時，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。
汞齊化是指汞在室溫下能與固體狀態(tài)下的金屬粉末經(jīng)調(diào)和后形成合金，這種合金化的過程稱為汞齊化。鋅粉汞齊化后形成的汞齊化膜可將鋅粉表面覆蓋均勻平整，從而改變了鋅粒表面狀況，使鋅電極活化，從而提高電池的電性能，降低電池的漏液率。在電池放電過程中，汞則在鋅粒表面不斷向鋅粒內(nèi)部擴散，因此，使放電平穩(wěn)。所以，在汞齊化率低的條件下，要保持鋅粉耐蝕性，就必須添加適量的能提高氫過電位，阻制汞在電池放電前向鋅拉子內(nèi)部擴散的微量元素，并在不影響放電反應(yīng)范國內(nèi)，適當(dāng)減少鋅粉比表面積。
汞由于其高毒性及污染性現(xiàn)在都在尋求其合適的替代物，為此研究者進行了各種嘗試，首先是人們考慮從材料入手，試圖從負極材料合金化、利用一些元素來替代汞元素；其次是人們也嘗試通過鋅電極的環(huán)境改變電極的使用壽命，最突出的就是采用緩蝕劑的方法，利用有機物質(zhì)抑制鋅的腐蝕，來替代汞以減緩鋅自放電，在諸多的方案中，這些技術(shù)在不同程度上推動了電池技術(shù)的進步，推進了無汞化的技術(shù)進程?？墒?，與含汞電池的優(yōu)勢相比還有一定的差距，因此，研究一種性能可替代汞，又能具備含汞電池優(yōu)勢的材料是本領(lǐng)域亟待解決的重要問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種可抑制負極材料自放電并且導(dǎo)電性能優(yōu)異的組合物和其用途以及由其制作的鋅錳電池。
為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的方案為：
一種組合物，所述組合物包括氯化鋅、黃嘌呤衍生物和喹啉衍生物或異喹啉衍生物；
所述黃嘌呤衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r1為h或甲基,r2為h或甲基,r3為h或甲基,x為氯離子、硫酸根離子、醋酸根、檸檬酸根、蘋果酸根或乳酸根；
所述喹啉衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
所述異喹啉衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r1為烷基，r2為h或甲基，n為1-10的數(shù)值，x為氯離子、硫酸根離子、醋酸根、檸檬酸根、蘋果酸根或乳酸根。
該組合物具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，還可以賦予電解液抑制負極材料自放電的性能，其在非工作狀態(tài)盡可能是降低負極材料的自放電，這將大大延長電池的使用壽命；而在使用時由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性能則可以使電池具備良好的性能。
優(yōu)選地，所述組合物中各組分的含量分別為：氯化鋅20-40wt％、黃嘌呤衍生物20-40wt％，喹啉衍生物或異喹啉衍生物20-40wt％。采用該重量百分比的組合物具有最佳的電學(xué)性能。
優(yōu)選地，所述黃嘌呤的衍生物中的陽離子部分具有以下結(jié)構(gòu)式之一：
。采用上述結(jié)構(gòu)后可以使組合物的性能更佳。
優(yōu)選地，所述黃嘌呤衍生物來自植物的提取物，所述植物為茶葉、可可或咖啡。采用天然原料可以降低成本。
優(yōu)選地，所述喹啉衍生物或異喹啉衍生物來自天然喹啉或天然異喹啉與環(huán)氧乙烷反應(yīng)的產(chǎn)物。采用天然原料可以降低成本。
進一步地，所述組合物的緩蝕效率不低于75％。
上述組合物的用途，所述組合物可用于鋅錳電池的電解液。由于該組合物具有優(yōu)異的緩蝕效果和良好的導(dǎo)電性能，其用于鋅錳電池的電解液時可以很好達到或超過現(xiàn)有含汞電池的性能而不會具有汞的缺點。
一種鋅錳電池，該鋅錳電池的電解液包括上述的組合物；組合物作為電解液使用。
本發(fā)明的組合物具有優(yōu)異的緩蝕效果和良好的導(dǎo)電性，其作為鋅錳電池的電解液使用時，可以在非工作狀態(tài)時抑制負極材料自放電性能從而可以降低電池的自損耗、大大延長電池的使用壽命，而在電池工作中由于導(dǎo)電性能良好可以發(fā)揮出正常的電池性能；更為重要的是，該組合物不含有重金屬汞，避免了廢棄電池可能帶來的重金屬污染，降低了后續(xù)處理成本和環(huán)境污染風(fēng)險。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，從而對本發(fā)明的保護范圍作出更清楚地限定，下面對本發(fā)明進行詳細說明。
一種組合物，該組合物主要由三種組分組成，具體來說有：氯化鋅、黃嘌呤衍生物，以及喹啉衍生物或異喹啉衍生物(喹啉衍生物和異喹啉衍生物可以單獨按比例組合)；各組分的重量百分比為：氯化鋅25-40wt％，黃嘌呤衍生物20-40wt％，喹啉衍生物和/或異喹啉衍生物10-40wt％；
所述黃嘌呤衍生物具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu)式：
其中，r1為h或甲基,r2為h或甲基,r3為h或甲基,x(即陰離子部分)為氯離子、硫酸根離子、醋酸根、檸檬酸根、蘋果酸根、乳酸根或其他酸根；
所述喹啉衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
異喹啉衍生物具有以下結(jié)構(gòu)式：
其中，r1為烷基，r2為h或甲基，n為1-10的數(shù)值，x為氯離子、硫酸根離子、醋酸根、檸檬酸根、蘋果酸根或乳酸根。
其中，所述黃嘌呤的衍生物中的陽離子部分具有以下結(jié)構(gòu)式之一：
在某些實施例中，所述黃嘌呤衍生物來自植物的提取物，所述植物為茶葉、可可或咖啡；喹啉衍生物或異喹啉衍生物來自天然喹啉或天然異喹啉與環(huán)氧乙烷反應(yīng)的產(chǎn)物，反應(yīng)溫度控制為70度，反應(yīng)時間5小時。該組合物的緩蝕效率不低于75％。
上述的組合物的用途，其可被用作鋅錳電池電解液。
一種鋅錳電池，該鋅錳電池的電解液為上述的組合物。
下面結(jié)合幾組不同的配比來對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的闡述：
實施例1
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分；黃嘌呤衍生物：30wt％，異喹啉衍生物40wt％，氯化鋅30wt％；黃嘌呤衍生物的陽離子分子結(jié)構(gòu)為：
其陰離子部分為醋酸根離子；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
實施例2
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分；黃嘌呤衍生物：40wt％，異喹啉衍生物40wt％，氯化鋅20wt％；黃嘌呤衍生物陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為乳酸根；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
實施例3
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分；黃嘌呤衍生物35wt％，喹啉衍生物35wt％，氯化鋅30wt％；黃嘌呤衍生物陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為檸檬酸根；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
實施例4
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分；黃嘌呤衍生物40wt％，異喹啉衍生物20wt％，氯化鋅40wt％；陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為蘋果酸；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
實施例5
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分:黃嘌呤衍生物35wt％，異喹啉衍生物30wt％，氯化鋅35wt％；陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為氯離子；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
實施例6
用于鋅錳電池的電解液，包括以下組分：黃嘌呤衍生物38wt％，異喹啉衍生物30wt％，氯化鋅32wt％；陽離子部分的分子結(jié)構(gòu)為：
陰離子部分為硫酸根離子；
在室溫條件下對各組分按照上述配比進行稱重，攪拌混合即得電解液，攪拌機的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。
將實施例1至6制備獲得的電解液的測試，結(jié)果如下表所示：
通過上述數(shù)據(jù)，可見本發(fā)明的組合物制成的電解液具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，并且緩蝕效率高，極大地改善了用戶對產(chǎn)品的使用效果，降低負極材料的自放電、大大延長電池的使用壽命，并且由于不含汞而不會產(chǎn)生環(huán)境污染也可以降低廢棄處理成本。