[发明专利]一种高铁电极及其碱性高能电池

说明书

本发明涉及一种电极及其碱性电池，具体地说是涉及一种以高铁酸盐做电极活性材料的电极和由其制成的碱性电池。

目前广泛使用的锌-二氧化锰电池自1868年研制成功以来，经历了普通干电池、高性能干电池、碱性锌锰电池的发展，是当今电池家族的代表者，全世界每年总产量在100亿只以上。锌-二氧化锰电池具有使用方便、价格较低廉、技术成熟等优点，使其得到大量使用，但其不能大电流放电、放电容量小、放电曲线不够平稳、大量使用锰资源等不足也限制了它的应用。

本发明的目的在于，使用资源更丰富的铁的化合物做活性材料制得高铁电极，并以此电极做正极，做成电容量大、放电平稳的高能碱性电池。

本发明涉及的高铁电极是以高铁酸盐做活性材料，该电极主要由电极活性材料、导电材料和电解液组成，必要时可以加入粘合剂和添加剂。将上述物质混合均匀制成混合物后，经压片、造粒、高压成型，即制得高铁电极。

上述电极中的高铁酸盐是容易合成并在水和碱水溶液中具有低溶解度和高稳定性的BaFeO₄、SrFeO₄和K₂FeO₄、CaFeO₄中的一种或几种。采用在水中和碱水溶液中溶解度较低的高铁酸盐，是为了降低高铁酸盐的电极电势，避免自身分解，从而提高电极稳定性。

导电材料起导电作用，一般为石墨粉，其中以胶体石墨为最好，鳞片石墨居中，土状石墨最次，当使用土状石墨时可以再加入占电极材料总重量0.5-2％的乙炔黑，以提高导电效果。电解液是摩尔浓度为7-13mol/L的NaOH或KOH水溶液，当活性材料为BaFeO₄或SrFeO₄或CaFeO₄时，电解液中最好分别加入Ba(OH)₂或Sr(OH)₂或Ca(OH)₂固体并达饱和，以降低活性材料的溶解度。为了提高高铁酸盐的利用率，可以在电极材料中加入添加剂，添加剂可以是具有较低电极电势的二氧化锰。在电极材料中还可以加入少量粘合剂，以增强粉料间的强度和可塑性，粘合剂可以是现有锌锰碱性电池中所用的粘合剂，如聚四氟乙烯乳胶或水泥纤维等。

上述电极的电极反应是：

电极放电后生成的FeOOH夹杂在未放电的高铁酸盐及石墨之间。如果加入了二氧化锰添加剂，在放电后期，二氧化锰也参与放电反应：

生成的MnOOH在电池放电间隙期，缓慢地被未反应的高铁酸盐氧化：

生成的二氧化锰又可以参与再一次的放电，从而提高了高铁酸盐的利用率，例如活性材料为BaFeO₄时，其利用率可由86％提高到89％。

本发明高铁电极的组成材料及其优选重量百分比为：

高铁酸盐  65-85％，

导电材料  8-15％，

添加剂    0-10％，

电解液(7-13mol/L的NaOH或KOH水溶液)  7-15％，

粘合剂  0-2％。

根据具体需要，该电极可以制成不同的形状，如套环状，片型等。

该电极在制作上采用现有的碱性电池电极的制作方法。

用上述高铁电极做正极、以活泼金属锌、铁、铝中的一种做负极活性材料、NaOH或KOH水溶液做电解液，用隔膜隔开正极和负极，采用现有技术中制作锌锰碱性电池的工艺和其它辅料，就可以制得本发明的电池。