[發(fā)明專利]一種高能量鋅錳電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410457207.1
• 申請(qǐng)日: 2014-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN104269560A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉剛;龐志鵬;吳小勇;付琦;程曉圓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電子時(shí)代的到來，越來越多需要大電流連續(xù)放電和高能量的電子產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，如照相機(jī)、閃光燈、計(jì)算器、電動(dòng)玩具等產(chǎn)品。普通碳性電池和很難滿足容量的需求；鋰離子電池由于使用有機(jī)電解液產(chǎn)生易燃易爆事故，并且價(jià)格昂貴；鋅鎳電池由于鎳資源缺乏，價(jià)格也很高。

堿性鋅錳電池因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可大規(guī)模生產(chǎn)，并且具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和較高的性價(jià)比，堿性鋅錳電池電容量比普通碳性電池4-5倍，價(jià)格低廉得到很大規(guī)模的應(yīng)用。

隨著人們需求的增加，一般的堿性鋅錳電池越來越難滿足電子產(chǎn)品的能量要求。由于堿性鋅錳電池為標(biāo)準(zhǔn)圓柱電池，具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，其直徑和高度尺寸是一定的，活性材料的質(zhì)量的增加量有限，這就需要充分提高活性材料的利用率，輸出更多電能。

堿性鋅錳電池正極主要是二氧化錳（MnO2）、石墨，加入適量粘結(jié)劑——聚四氟乙烯蠟微粉和電解液分散攪勻后壓片、造粒、打環(huán)制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，負(fù)極主要由鋅膏、吸水性聚合物和KOH電解液制成。堿性鋅錳電池的負(fù)極是用細(xì)的鋅合金粉與水溶聚乙烯酸，加入38%左右的KOH強(qiáng)堿制成的鋅膏。

堿性鋅錳電池的電化學(xué)表達(dá)式：

電池反應(yīng)：

負(fù)極：

正極：

總反應(yīng)式：

堿性鋅錳電池正極集流體一般為電池外部鋼殼，負(fù)極一般為底部銅釘。由于正極主要材料為MnO₂，MnO₂與鋼殼親和性較差，通過粘結(jié)劑粘連在正極集流體上，并不能完美的契合在一起。正極反應(yīng)產(chǎn)物為MnOOH，結(jié)構(gòu)較為層狀，較疏松。放電后期電子很難在MnOOH層中保持流暢的離子通道。

碳納米管作為一種納米材料，具備優(yōu)越的物理化學(xué)性能，特別是其導(dǎo)電性能接近超導(dǎo)體，可以成為優(yōu)異的導(dǎo)電材料。當(dāng)今大部分鋰離子電池中都會(huì)添加碳納米管作為導(dǎo)電劑，而鋅錳電池卻基本未涉及碳納米管的應(yīng)用。碳納米管與紙纖維復(fù)合后使得碳納米管的優(yōu)異導(dǎo)電性能在宏觀上得以展現(xiàn)，復(fù)合的導(dǎo)電紙還保留了紙良好的柔韌性，使其應(yīng)用價(jià)值倍增。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于在不增加正極材料的情況下，解決在中小電流放電時(shí)，由于正極材料與鋼殼集流體結(jié)合不夠緊密而出現(xiàn)的的正極材料利用率低，電子轉(zhuǎn)移不順暢，導(dǎo)致電池使用時(shí)間短，比能量小的問題。提供一種正極集流體，在中小電流連續(xù)放電的情況下，具有較長(zhǎng)放電時(shí)間，較高初始電壓，大大提高了電池的放電性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。

一種高能量鋅錳電池，包括鋼殼（1）、正極環(huán)（3）、鋅膏（4）、隔膜紙（5）、密封圈（6）、銅釘（7）和負(fù)極蓋（8），其特征在于在鋼殼（1）和正極環(huán)（3）之間增加一層碳納米管導(dǎo)電紙（2）作為正極的集流體，增加正極材料和集流體的親和性，保證電子順暢的匯聚和傳導(dǎo)，大幅增加正極材料的利用率，獲得高能量堿性鋅錳電池。

本發(fā)明所述的碳納米管導(dǎo)電紙是由紙漿纖維和碳納米管復(fù)合而成，并經(jīng)過造紙的方法形成的紙。具體地說，本發(fā)明所述的碳納米管紙的制備方法為：將碳納米管在微波爐中熱處理5-10分鐘時(shí)間，經(jīng)化學(xué)提純和表面修飾，然后將碳納米管加入蒸餾水、乙醇或丙酮溶劑中，并進(jìn)行分散處理，使碳納米管均勻分散在液體中；將碳納米管溶液和紙漿攪拌混合，再用高速剪切乳化機(jī)將碳納米管和紙漿充分均勻分散；采用普通造紙的方法制造碳納米管導(dǎo)電紙，真空干燥后用液壓機(jī)將碳納米管導(dǎo)電紙壓實(shí)，即制備成碳納米管導(dǎo)電紙。

本發(fā)明所述的碳納米管導(dǎo)電紙中碳納米管的含量為20%~80%。

本發(fā)明所述的碳納米管導(dǎo)電紙厚度為0.1mm~0.8mm。

本發(fā)明高能量鋅錳電池的制備方法為：將碳納米管紙（2）卷曲套入電池鋼殼中，將正極環(huán)（3）壓入碳納米管紙（2）內(nèi)圈，插入隔膜紙（5）筒，隔膜紙（5）筒中注入電解液，待電解液完全浸潤(rùn)后注入鋅膏（4），插入帶有負(fù)極蓋（8）的銅釘（7），壓緊封口得到電池。

本發(fā)明所述的鋅錳電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一，增加了正極材料和集流體的親和性，相比鋼殼接觸更緊密，使得電子能夠很好的匯聚在碳納米管導(dǎo)電紙上；其二，碳納米管具有較強(qiáng)的吸液性，能夠良好的儲(chǔ)存電解液，在鋅錳電池中儲(chǔ)存更多的電解液，使反應(yīng)可以源源不斷的進(jìn)行。

附圖說明

圖1?為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為鋼殼、2為碳納米管導(dǎo)電紙、3為正極環(huán)、4為鋅膏、5為隔膜紙、6為密封圈、7為銅釘、8為負(fù)極蓋。