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一种碱性干电池的负极及其应用

阅读：1086发布：2020-08-16

IPRDB可以提供一种碱性干电池的负极及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种碱性干电池的负极及其应用，该负极包括锌合金粉、PAA、PA和电解液，锌合金粉、PAA、PA和电解液的重量份数比为100∶(0.9-1.2)∶(0.06-0.2)∶(51-56)；其中，PA的粒径≤150μm。本发明中使用PAA和PA作为负极凝胶剂，搭配简单，减少负极中添加剂种类，同时减少杂质元素的带入，而且本发明还合理控制PAA和PA的粒径分布，使PAA作为大骨架保证负极的流动性及导电性能，PA保证负极的黏性，利于锌粉分散的稳定性，防止负极分层与沉降，从而保证电池放电性能稳定的同时提升电池的防漏性能。该负极应用于碱性干电池时，使碱性干电池的放电性能更稳定、防漏性能更好。，下面是一种碱性干电池的负极及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述负极包括锌合金粉、PAA、PA和电解液，所述锌合金粉、PAA、PA和电解液的重量份数比为100：(0.9-1.2)：(0.06-0.2)：(51-56)；其中，所述PA的粒径≤150μm。

2.根据权利要求1所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PA的粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：≥85％，75＜粒径≤105μm：7-12％，105＜粒径≤150μm：3-8％。

3.根据权利要求1或2所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PA的比重为3

0.15-0.50g/cm，含水量≤3.5wt％。

4.根据权利要求3所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PA的pH为2-4。

5.根据权利要求1所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PAA的粒径≤300μm。

6.根据权利要求5所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PAA的粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：12-18％，75＜粒径≤105μm：62-75％，105＜粒径≤150μm：6-20％，150＜粒径≤300μm：1-8％。

7.根据权利要求1或5或6所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PAA的比3

重为0.4-0.8g/cm，含水量≤3.5wt％。

8.根据权利要求7所述的一种碱性干电池的负极，其特征在于，所述PAA的pH为5-7。

9.一种应用如权利要求1所述的碱性干电池的负极的碱性干电池。

说明书全文

一种碱性干电池的负极及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种碱性干电池，尤其涉及一种碱性干电池的负极及其应用，属于电池技术领域。

[0002] 本发明中下列表达式的意义为：

[0003] PAA：聚丙烯酸钠盐

[0004] PA：聚丙烯酸粉末

背景技术

[0005] 碱性电池是最成功的高容量干电池，也是目前最具性价比的电池之一。碱性电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，且负极锌也由片状改变成粒状，增大了负极的反应面积，氢氧化钾为电解液。所以电性能得以很大提高，一般的同等型号的碱性电池是普通电池的容量和放电时间的3-7倍，低温性能两者差距更大。碱性电池更适用于大电流连续放电和要求高的工作电压的用电场合，特别适用于照相机、闪光灯、剃须刀、电动玩具、CD机、大功率遥控器、无线鼠标、键盘等。

[0006] 但是，现有技术中的碱性干电池的负极的活性物质锌粉与电解液、其他添加剂等容易分层、沉降，影响负极反应的进行，从而影响碱性干电池的放电性能。

[0007] 除此之外，碱性干电池在恶劣环境中或者长期储存下容易出现漏液现象，由于电解液是带有腐蚀性的碱性物质氢氧化钾溶液，对眼睛、呼吸道及皮肤会有刺激作用。而且，电解液也会侵蚀金属、破坏电子零件，因此电池漏出的电解液也会破坏使用该电池的产品，特别是电子产品。

[0008] 关于解决碱性干电池负极活性物质锌粉与电解液、其他添加剂等容易分层、沉降的问题，现有技术中已有报道，如中国发明专利(公开号：CN102760894A)公开了一种碱性干电池及碱性干电池用正极合剂粒料，同时也公开了该碱性干电池的负极包括锌合金粉和碱性电解液，相对于100重量份的锌合金粉，碱性电解液中各组分的重量份数为：交联型聚丙烯酸：1.25重量份，交联型聚丙烯酸钠：0.2重量份，氧化铟：0.04重量份，负极电解液：53重量份，纯水：3重量份。其中，碱性电解液中的交联型聚丙烯酸和交联型聚丙烯酸钠均起凝胶作用，二者共同使得碱性电解液呈凝胶状，虽然能缓解锌粉与电解液、其他添加剂等分层、沉降的现象，但是，效果并不非常明显，仍有较大的改善空间；而且，该专利未能改善碱性干电池的防漏性能，且由于负极添加剂种类较多，还会带入杂质元素，影响碱性干电池的性能。

发明内容

[0009] 本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种能保证电池放电性能稳定且提升电池的防漏性能的碱性干电池的负极。

[0010] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种碱性干电池的负极，包括锌合金粉、PAA、PA和电解液，锌合金粉、PAA、PA和电解液的重量份数比为100：(0.9-1.2)：(0.06-0.2)：(51-56)；其中，PA的粒径≤150μm。

[0011] 本发明中PAA和PA作为负极凝胶剂，主要作用于锌粉的分散分布，保持负极的流动性以及黏性，防止负极活性物质锌粉与电解液、其他添加剂等的分层与沉降，同时，吸收负极电解液后作为导电骨架，保证负极反应平稳进行。

[0012] 本发明这两种负极凝胶剂解决了目前碱性电池中需要多种凝胶剂保持负极不分层与沉降的问题，搭配简单，减少负极中添加剂种类，同时减少杂质元素的带入，从而保证电池放电性能稳定的同时提升电池的防漏性能。

[0013] 作为优选，本发明中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和电解液。

[0014] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PA的粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：≥85％，75＜粒径≤105μm：7-12％，105＜粒径≤150μm：3-8％。本发明通过正交实验得出，PA的粒径按上述分布，电解液分层渗出比例降低60％左右，而渗出相同质量电解液所需时间增加了230％。同时，在高温储存情况下，电解液渗出比例降低65％左右，体现了良好的高温稳定性。

[0015] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PA的比重为0.15-0.50g/cm3，含水量≤3.5wt％。

[0016] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PA的pH为2-4。

[0017] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PAA的粒径≤300μm。

[0018] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PAA的粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：12-18％，75＜粒径≤105μm：62-75％，105＜粒径≤150μm：6-20％，150＜粒径≤300μm：1-8％。本发明通过正交实验得出，PAA的粒径按上述分布，电解液保持能力提升2％左右，负载相同电阻放电时，其初始电压提高了0.3％，高段位放电性能提升5.3％左右。

[0019] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PAA的比重为0.4-0.8g/cm3，含水量≤3.5wt％。

[0020] 在上述的一种碱性干电池的负极中，PAA的pH为5-7。

[0021] 本发明中，PAA为聚丙烯酸钠盐，颗粒相对PA粗，在负极中主要作用为支撑锌粉，作为大骨架保证负极的流动性及导电性能；而PA为碱性电池使用的聚丙烯酸粉末，为硬而脆的白色粉末，颗粒较小，遇水易溶胀和软化，在电解液中溶胀后，粘度较大，保证负极的黏性，利于锌粉分散的稳定性，防止负极分层与沉降，从而保证电池的电性能稳定。

[0022] 本发明中，两种凝胶剂的比重均是由其粒径分布要求决定的，而pH范围为其主要成分的化学性质决定。因此，两种凝胶剂的比重、含水量、pH值等指标均需要控制在一定范围。因为，如有较大偏差，会影响负极的性状：如含水量偏高，其有效成分含量减少，在相同配方情况下制作的负极稳定性就会有一定影响，同时对电池性能也会产生相应的影响。

[0023] 本发明的另一个目的在于提供一种应用上述碱性干电池的负极的碱性干电池。

[0024] 将本发明的碱性干电池的负极应用于碱性干电池中，使碱性干电池的放电性能更稳定，且防漏性能更好。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

[0026] 1.本发明中使用PAA和PA作为负极凝胶剂，搭配简单，减少负极中添加剂种类，同时减少杂质元素的带入，从而保证电池放电性能稳定的同时提升电池的防漏性能。

[0027] 2.本发明中合理控制PAA和PA的粒径分布，使PAA作为大骨架保证负极的流动性及导电性能，PA保证负极的黏性，利于锌粉分散的稳定性，防止负极分层与沉降，从而保证电池的放电性能稳定。

[0028] 3.本发明中，合理控制两种凝胶剂的比重、含水量、pH值，保证电池性能的稳定。

[0029] 4.将本发明的碱性干电池的负极应用于碱性干电池中可以获得放电性能稳定、防漏性能更好的碱性干电池。

具体实施方式

[0030] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0031] 表1：本发明实施例1-5碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比

[0032]

[0033] 实施例1：

[0034] 按表1中实施例1碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比称取的原料。

[0035] 其中，原料中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和氢氧化钾电解液。

[0036] 原料中，PAA的比重为0.6g/cm3，含水量为3wt％，pH为6。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：15％，75＜粒径≤105μm：70％，105＜粒径≤150μm：10％，150＜粒径≤300μm：5％。

[0037] 原料中，PA的比重为0.3g/cm3，含水量为3wt％，pH为3。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：5％。

[0038] 然后按现有技术的碱性干电池的制备方法，将锌合金粉、PAA和PA分散于电解液中制得负极。

[0039] 实施例2：

[0040] 按表1中实施例2碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比称取的原料。

[0041] 其中，原料中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和氢氧化钾电解液。

[0042] 原料中，PAA的比重为0.8g/cm3，含水量为3.5wt％，pH为6。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：15％，75＜粒径≤105μm：70％，105＜粒径≤150μm：10％，150＜粒径≤300μm：5％。

[0043] 原料中，PA的比重为0.5g/cm3，含水量为3.5wt％，pH为4。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：5％。

[0044] 然后按现有技术的碱性干电池的制备方法，将锌合金粉、PAA和PA分散于电解液中制得负极。

[0045] 实施例3：

[0046] 按表1中实施例3碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比称取的原料。

[0047] 其中，原料中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和氢氧化钾电解液。

[0048] 原料中，PAA的比重为0.6g/cm3，含水量为3wt％，pH为6。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：15％，75＜粒径≤105μm：70％，105＜粒径≤150μm：10％，150＜粒径≤300μm：5％。

[0049] 原料中，PA的比重为0.3g/cm3，含水量为3wt％，pH为3。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：5％。

[0050] 然后按现有技术的碱性干电池的制备方法，将锌合金粉、PAA和PA分散于电解液中制得负极。

[0051] 实施例4：

[0052] 按表1中实施例4碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比称取的原料。

[0053] 其中，原料中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和氢氧化钾电解液。

[0054] 原料中，PAA的比重为0.6g/cm3，含水量为3wt％，pH为6。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：15％，75＜粒径≤105μm：70％，105＜粒径≤150μm：10％，150＜粒径≤300μm：5％。

[0055] 原料中，PA的比重为0.3g/cm3，含水量为3wt％，pH为3。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：5％。

[0056] 然后按现有技术的碱性干电池的制备方法，将锌合金粉、PAA和PA分散于电解液中制得负极。

[0057] 实施例5：

[0058] 按表1中实施例5碱性干电池的负极的组成成分及其重量份数比称取的原料。

[0059] 其中，原料中锌合金粉和电解液均为碱性干电池中常用的锌合金粉和氢氧化钾电解液。

[0060] 原料中，PAA的比重为0.6g/cm3，含水量为3wt％，pH为6。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：15％，75＜粒径≤105μm：70％，105＜粒径≤150μm：10％，150＜粒径≤300μm：5％。

[0061] 原料中，PA的比重为0.3g/cm3，含水量为3wt％，pH为3。粒径分布为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：5％。

[0062] 然后按现有技术的碱性干电池的制备方法，将锌合金粉、PAA和PA分散于电解液中制得负极。

[0063] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，相对于100重量份的锌合金粉，PAA的重量份还可以为：0.95、1.05、1.15。

[0064] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，相对于100重量份的锌合金粉，PA的重量份还可以为：0.065、0.07、0.075、0.085、0.09、0.095、0.105、0.11、0.115、0.12、0.125、0.13、0.135、0.14、0.145、0.155、0.16、0.165、0.17、0.175、0.18、
0.185、0.19、0.195。

[0065] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，相对于100重量份的锌合金粉，电解液的重量份还可以为：51.5、52.5、53.5、54、54.5、55.5。

[0066] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PAA的比重还可以为3 3 3 3 3 3 3
0.4g/cm、0.45g/cm、0.5g/cm、0.55g/cm、0.65g/cm、0.7g/cm、0.75g/cm。

[0067] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PAA的含水率还可以为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％。

[0068] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PAA的pH还可以为5、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7。

[0069] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PAA的粒径分布还可以为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：12％，75＜粒径≤105μm：74％，105＜粒径≤150μm：6％，150＜粒径≤300μm：8％；粒径≤75μm：13％，75＜粒径≤105μm：66％，105＜粒径≤150μm：20％，150＜粒径≤300μm：1％；粒径≤75μm：14％，75＜粒径≤105μm：62％，105＜粒径≤150μm：18％，150＜粒径≤300μm：6％；粒径≤75μm：
16％，75＜粒径≤105μm：75％，105＜粒径≤150μm：7％，150＜粒径≤300μm：2％；
粒径≤75μm：17％，75＜粒径≤105μm：65％，105＜粒径≤150μm：15％，150＜粒径≤300μm：3％；粒径≤75μm：18％，75＜粒径≤105μm：68％，105＜粒径≤150μm：8％，
150＜粒径≤300μm：6％。

[0070] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PA的比重还可以为3 3 3 3 3 3
0.15g/cm、0.2g/cm、0.25g/cm、0.35g/cm、0.4g/cm、0.45g/cm。

[0071] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PA的含水率还可以为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％。

[0072] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PA的pH还可以为2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4。

[0073] 在上述的碱性干电池的负极的实施方案及其替换方案中，PA的粒径分布还可以为(以质量百分比计)：粒径≤75μm：90％，75＜粒径≤105μm：7％，105＜粒径≤150μm：3％；粒径≤75μm：89％，75＜粒径≤105μm：7％，105＜粒径≤150μm：4％；粒径≤75μm：88％，75＜粒径≤105μm：7％，105＜粒径≤150μm：5％；粒径≤75μm：87％，75＜粒径≤105μm：7％，105＜粒径≤150μm：6％；粒径≤75μm：86％，75＜粒径≤105μm：
7％，105＜粒径≤150μm：7％；粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：7％，105＜粒径≤150μm：8％；

[0074] 粒径≤75μm：89％，75＜粒径≤105μm：8％，105＜粒径≤150μm：3％；粒径≤75μm：88％，75＜粒径≤105μm：8％，105＜粒径≤150μm：4％；粒径≤75μm：87％，75＜粒径≤105μm：8％，105＜粒径≤150μm：5％；粒径≤75μm：86％，75＜粒径≤105μm：8％，105＜粒径≤150μm：6％；粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：8％，105＜粒径≤150μm：7％；

[0075] 粒径≤75μm：88％，75＜粒径≤105μm：9％，105＜粒径≤150μm：3％；粒径≤75μm：87％，75＜粒径≤105μm：9％，105＜粒径≤150μm：4％；粒径≤75μm：86％，75＜粒径≤105μm：9％，105＜粒径≤150μm：5％；粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：9％，105＜粒径≤150μm：6％；

[0076] 粒径≤75μm：87％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：3％；粒径≤75μm：86％，75＜粒径≤105μm：10％，105＜粒径≤150μm：4％；

[0077] 粒径≤75μm：86％，75＜粒径≤105μm：11％，105＜粒径≤150μm：3％；粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：11％，105＜粒径≤150μm：4％；

[0078] 粒径≤75μm：85％，75＜粒径≤105μm：12％，105＜粒径≤150μm：3％。

[0079] 应用实施例1-5：

[0080] 分别将本发明实施例1-5制得的碱性干电池的负极代替现有技术中LR20电池的负极，制备得到新的碱性干电池。

[0081] 对比例：市售LR20电池。

[0082] 将应用实施例1-5制备得到的碱性干电池和对比例的碱性干电池进行放电性能和防漏性能测试，测试结果如表2所示。

[0083] 表2：测试结果

[0084]

标题	发布/更新时间	阅读量
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一种碱性干电池的负极及其应用

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