[發明專利]堿性鋅錳電池集電體及制作方法和防漏堿性鋅錳電池

在審

• 申請號: 201710248895.4
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106876717A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 崔言明;黃園橋;施斌斌
• 申請（專利權）人: 中銀（寧波）電池有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/24
• 代理公司: 浙江素豪律師事務所33248
• 代理人: 邱積權

技術領域

本發明涉及化學電源領域，尤其涉及堿性鋅錳電池集電體及制作方法和堿性鋅錳電池。

背景技術

鋅錳電池在電池市場上有巨大的份額與其廣泛的用途是分不開的，它是民用一次電池的主導產品，幾乎所有的低壓直流電器都可以使用堿錳電池作為電源。堿性鋅錳電池具有優良的電化學性能和較高的性價比，一直受到廣大消費者的歡迎，自從無汞堿性鋅錳電池投入市場后，安全、環保高性能堿性鋅錳電池更加收到市場的好評，現在以及未來幾十年將以堿性鋅錳電池為主導。

銅釘作為正極集電體一般用銅、黃銅、青銅制成；但銅釘在使用前往往表面生成了一層氧化物，會增加電池內阻；或者在加工過程中有Ni、Fe等細屑附著在表面，甚至浸入到表層；堿性鋅錳電池的負極活性物質鋅對雜質非常敏感，當鋅膏或銅釘表面具有表面析氫電位低的Ni、Fe等痕量金屬后，鋅膏便會源源不斷的自放電產生析氫反應，一方面會影響堿錳電池的貯存性能，更重要的是氫氣會在電池內部積累，最終打開防爆溝引起電池漏液，漏液會腐蝕電器，漏出的液體會腐蝕電器電路板上的元件、銅箔以及焊點，造成電器報廢，造成比電池本身價值高很多的損失，給消費者帶來極大的損失，嚴重影響客戶的信心。消費者還擔心電池的漏液會對人體有害，特別是對特殊人群，例如小孩子或孕婦。因此消費者希望不漏液的電池出現環保安全問題。而堿錳電池漏液問題是該產品的世界性技術難題，一直困擾生產廠家。常規方法為銅釘表面鍍銦、錫等，一方面作為戰略儲備資源，成本較高，而且常規電鍍污染嚴重，另一方面有專利表明這種表面鍍金屬的方法還不足以克制堿性鋅錳電池漏液，另外還需要在鋅膏中使用例如二甘醇等其他緩蝕劑，這樣會影響電池的新電放電性能，并進一步增加成本或工藝復雜性。

發明人在通過大量的實驗與探索下發現采用表面鍍有聚苯胺、聚吡咯等導電聚合物的銅釘時，可以覆蓋銅釘表面的金屬雜質，由于具有較高的電子導電性，不僅不會影響銅釘的導電集流效果，而且發現由于聚苯胺、聚吡咯中的S、N等基團對鋅表面活性位具有覆蓋保護的作用，將會大幅度降低銅釘周圍鋅膏的自放電析氫反應；不僅如此，由于聚苯胺、聚吡咯等導電聚合物在堿性水溶液中具有一定溶解分解性，因此具有緩釋(緩慢釋放)能力，在隨著電池貯存時間的延長、鋅膏中遷移來的Fe雜質含量逐漸增多時，銅釘表面的聚苯胺、聚吡咯等溶于鋅膏中、分解為小分子的量也逐漸增加，從而增加鋅膏的緩蝕抗雜質能力；而且在電池的存貯初期，聚苯胺、聚吡咯等導電聚合物溶解量低，基本不會影響電池的新電放電性能；尤其是在過放電時，常規In或Sn單質金屬也會參與負極氧化反應而脫離銅釘，銅釘表面的雜質將重新裸露，析氫量將大大增加，而聚苯胺與聚吡咯等導電聚合物本身已經屬于氧化態，不會參與負極的氧化反應，即不會脫離銅釘，將繼續維持保護作用；導電聚合物表面極性明顯低于金屬，因此相比常規鍍銦鍍錫，堿性電解液在其表面的爬延速率明顯降低，有利于降低電池中孔爬堿率。綜上所述，具有聚苯胺、聚吡咯鍍層的銅釘集電體表現出優越的綜合緩蝕能力，獲得全新的防漏堿性鋅錳電池。

本發明相比常規的稀有分散金屬銦或錫鍍層，將大幅度降低生產成本，銦、錫等還是重要的戰略資源。另外常規金屬電鍍污染嚴重，主要是重金屬污染比較難以消除，含氰廢氣的產生是金屬電鍍電解行業的致命問題，我國環境污染形勢嚴峻，在當地3類地區之內，都不允許開辦金屬電鍍廠，就是被批準的金屬電鍍廠，也需要嚴格控制廢水處理，甚至是2級處理后都不允許排放，水處理的成本往往高于生產電鍍成本，像上海地區，要求零排放，很多污水處理廠達不到這個處理能力。國家已嚴厲控制金屬電鍍行業的擴張，并且逐年削減。因此，無論哪里，金屬電鍍作為當地環保部門重要的控制污染項目，很難批準上馬。因此本發明的另一個重要的優點便是導電聚合物電鍍或涂覆無重金屬氰化物污染，利于環保，可作為堿性鋅錳電池的下一代環保集電體。本發明不改變常規的堿性鋅錳電池的生產制備工藝，只需在集電體原有生產工藝上稍作改變，可獲得全面提高的堿性鋅錳電池防漏性能。

發明內容