[发明专利]一种高能量锌锰电池

说明书

技术领域

本发明属电池技术领域。

背景技术

随着电子时代的到来，越来越多需要大电流连续放电和高能量的电子产品进入市场，如照相机、闪光灯、计算器、电动玩具等产品。普通碳性电池和很难满足容量的需求；锂离子电池由于使用有机电解液产生易燃易爆事故，并且价格昂贵；锌镍电池由于镍资源缺乏，价格也很高。

碱性锌锰电池因其结构设计合理，可大规模生产，并且具有优良的电化学性能和较高的性价比，碱性锌锰电池电容量比普通碳性电池4-5倍，价格低廉得到很大规模的应用。

随着人们需求的增加，一般的碱性锌锰电池越来越难满足电子产品的能量要求。由于碱性锌锰电池为标准圆柱电池，具有标准尺寸，其直径和高度尺寸是一定的，活性材料的质量的增加量有限，这就需要充分提高活性材料的利用率，输出更多电能。

碱性锌锰电池正极主要是二氧化锰（MnO2）、石墨，加入适量粘结剂——聚四氟乙烯蜡微粉和电解液分散搅匀后压片、造粒、打环制成的环状结构，负极主要由锌膏、吸水性聚合物和KOH电解液制成。碱性锌锰电池的负极是用细的锌合金粉与水溶聚乙烯酸，加入38%左右的KOH强碱制成的锌膏。

碱性锌锰电池的电化学表达式：

电池反应：

负极：

正极：

总反应式：

碱性锌锰电池正极集流体一般为电池外部钢壳，负极一般为底部铜钉。由于正极主要材料为MnO₂，MnO₂与钢壳亲和性较差，通过粘结剂粘连在正极集流体上，并不能完美的契合在一起。正极反应产物为MnOOH，结构较为层状，较疏松。放电后期电子很难在MnOOH层中保持流畅的离子通道。

碳纳米管作为一种纳米材料，具备优越的物理化学性能，特别是其导电性能接近超导体，可以成为优异的导电材料。当今大部分锂离子电池中都会添加碳纳米管作为导电剂，而锌锰电池却基本未涉及碳纳米管的应用。碳纳米管与纸纤维复合后使得碳纳米管的优异导电性能在宏观上得以展现，复合的导电纸还保留了纸良好的柔韧性，使其应用价值倍增。

发明内容

本发明的目的在于在不增加正极材料的情况下，解决在中小电流放电时，由于正极材料与钢壳集流体结合不够紧密而出现的的正极材料利用率低，电子转移不顺畅，导致电池使用时间短，比能量小的问题。提供一种正极集流体，在中小电流连续放电的情况下，具有较长放电时间，较高初始电压，大大提高了电池的放电性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

一种高能量锌锰电池，包括钢壳（1）、正极环（3）、锌膏（4）、隔膜纸（5）、密封圈（6）、铜钉（7）和负极盖（8），其特征在于在钢壳（1）和正极环（3）之间增加一层碳纳米管导电纸（2）作为正极的集流体，增加正极材料和集流体的亲和性，保证电子顺畅的汇聚和传导，大幅增加正极材料的利用率，获得高能量碱性锌锰电池。

本发明所述的碳纳米管导电纸是由纸浆纤维和碳纳米管复合而成，并经过造纸的方法形成的纸。具体地说，本发明所述的碳纳米管纸的制备方法为：将碳纳米管在微波炉中热处理5-10分钟时间，经化学提纯和表面修饰，然后将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇或丙酮溶剂中，并进行分散处理，使碳纳米管均匀分散在液体中；将碳纳米管溶液和纸浆搅拌混合，再用高速剪切乳化机将碳纳米管和纸浆充分均匀分散；采用普通造纸的方法制造碳纳米管导电纸，真空干燥后用液压机将碳纳米管导电纸压实，即制备成碳纳米管导电纸。

本发明所述的碳纳米管导电纸中碳纳米管的含量为20%~80%。

本发明所述的碳纳米管导电纸厚度为0.1mm~0.8mm。

本发明高能量锌锰电池的制备方法为：将碳纳米管纸（2）卷曲套入电池钢壳中，将正极环（3）压入碳纳米管纸（2）内圈，插入隔膜纸（5）筒，隔膜纸（5）筒中注入电解液，待电解液完全浸润后注入锌膏（4），插入带有负极盖（8）的铜钉（7），压紧封口得到电池。

本发明所述的锌锰电池具有以下优点：其一，增加了正极材料和集流体的亲和性，相比钢壳接触更紧密，使得电子能够很好的汇聚在碳纳米管导电纸上；其二，碳纳米管具有较强的吸液性，能够良好的储存电解液，在锌锰电池中储存更多的电解液，使反应可以源源不断的进行。

附图说明

图1 为本发明结构示意图。其中，1为钢壳、2为碳纳米管导电纸、3为正极环、4为锌膏、5为隔膜纸、6为密封圈、7为铜钉、8为负极盖。