[發明專利]一種無汞鋅漿組合物及具有該組合物的無汞鋅空電池

有效

• 申請號: 201710462072.1
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107221687B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 胡銘昌;薛建軍;宮下丈人;周雪晴;陳家輝;黃雪妍;周意君
• 申請（專利權）人: 廣州鵬輝能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M6/04
• 分類號: H01M6/04
• 代理公司: 廣州市華創源專利事務所有限公司 44210
• 代理人: 吳寶儀

本發明一種無汞鋅漿組合物及具有該組合物的無汞鋅空電池屬于電池領域，其電池結構包括無汞鋅負極漿料、正負極殼、密封膠圈、隔膜、正極片、擴散紙等，其中無汞鋅漿是由無汞鋅粉、無機凝膠劑、有機凝膠劑、表面活性劑、導電高分子、電解液等組分構成。其中表面活性劑是烷基苯磺酸、烷基苯羧酸或其衍生物，和聚氧烯醚類衍生物的一種或者幾種共同組成。在不添加汞的情況下，此類表面活性劑能加強鋅漿中鋅粉之間的相互作用，在放電后端仍能維持鋅漿內部的低內阻狀態，從而大大增加了鋅粉的利用率，提高鋅空電池的放電容量和放電時間。

技術領域

本發明一種無汞鋅漿組合物及具有該組合物的無汞鋅空電池屬于電池領域。

背景技術

日益增長的能源需求現已充斥在生活的方方面面之中，小型便攜式裝置如手表、助聽器、藍牙耳機等需要高容量扣式電池為其提供能源。由于鋅空電池的高容量和低成本等特性，目前市場上的絕大多數助聽器主要依靠扣式鋅空一次電池為其提供能量。

鋅空電池是一種靠正極的空氣氧化鋅負極來提供能量的金屬空氣電池，其優點在于較高的容量和較低的成本。鋅空電池制作過程中會將鋅粉制作成漿料狀并將其作為負極使用，為了減少氫氣產生、增強電池導電性，傳統的工藝中會添加約1wt％的汞于鋅粉之中使用。由于是一次電池的原因，助聽器用扣式鋅空電池在使用完后會丟棄到周圍環境中，因而其中的汞會隨之流入環境，容易對環境造成危害。因此歐盟幾年前就下達規定要逐步全面實現鋅空電池無汞化。但是當鋅粉不再添加汞之時，勢必導致更多氣體的產生和電池內阻的升高，尤其是在放電后段導電的鋅活性材料會逐步轉化成不導電的氧化鋅，內阻增大又會進一步影響電池的化學反應，從而造成鋅粉利用效率下降，放電容量大大減少。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術的不足，從而提供一種無汞鋅漿組合物。該組合物涉及到一種表面活性劑體系，這些表面活性劑體系的一種或幾種組合能在不添加汞的情況下增強鋅粉之間的相互作用，減少電池內阻，尤其在放電后段不導電的氧化鋅增多情況下仍能保持電池的低內阻，使得其中鋅粉反應更加完全，從而提高鋅空電池的放電容量和放電時間。

為解決技術問題，本發明采用了如下技術方案：一種無汞鋅漿組合物包括了無汞鋅粉、無機凝膠劑、有機凝膠劑、表面活性劑、導電高分子以及電解液，其中無汞鋅粉并不指代單一化學成分的鋅，還可能包括其它微量組分如鋁、鉍、銦、鐵、銅等。鋅粉的顆粒大小分布在10-1000μm之間，優選為50-500μm，進一步優選為100-300μm之間。

凝膠劑可以使鋅粉與水溶液形成凝膠狀粘稠液體，其原理是凝膠劑分散在水中時形成三維網狀結構鎖住水分和顆粒狀鋅粉，這樣均勻分散狀的鋅粉和電解液才能更好地發生電化學反應。本發明中的凝膠劑體系由無機凝膠劑和有機凝膠劑的一種或幾種混合組成。其中無機凝膠劑主要是硅酸鹽體系和鋁硅酸鹽體系化合物，包括硅酸鎂、硅酸鈉、鋁硅酸鉀、鋁硅酸鈣等，優選為硅酸鎂鈉化學物，添加量為鋅粉質量的0.01％-3％，優選為0.1％-1％，進一步優選為0.3％-0.5％。有機凝膠劑主要是果膠類、海藻酸鹽類、纖維素衍生物、聚丙烯酸類等，優選為聚丙烯酸類化合物，添加量為鋅粉質量的0.01％-3％，優選為0.1％-1％，進一步優選為0.3％-0.5％。

表面活性劑體系能使凝膠中的顆粒鋅粉結合得更加緊密，增強它們之間的相互作用，在放電后段鋅粉逐漸轉化成不導電的氧化鋅之時仍能使電池維持較低內阻，從而提高鋅粉的利用率，提高鋅空電池的放電容量和放電時間。本發明中的表面活性劑體系包括化合物Ⅰ烷基苯磺酸、烷基苯羧酸或其衍生物，和化合物Ⅱ聚氧烯醚類衍生物中的一種或者幾種。

本發明中的烷基苯磺酸、烷基苯羧酸或其衍生物，其化合物結構為其中R1、R2、R3和R4為氫基-H，或含C1-C18的直鏈狀、支鏈狀或環狀的烷基、烯烴基或其鹵代烴基及芳香族衍生物基團，C1-C18優選為含C8-C14的直鏈狀烷基，另外A為羧基-COOH或磺酸基-SO2OH，B為氫基-H或氧基苯磺酸-OC4H6SO2OH及其衍生物，其質量占鋅粉質量比例在0.01％-3％之間，優選為0.05％-1％之間，進一步優選為0.1％-0.5％之間。