[发明专利]锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏

说明书

本发明涉及一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏，锌膏凝胶剂包括主要物质(PAA和/或PAAS)和辅助物质(BPEI)；制备锌膏的方法：首先将主要物质加入到电解液中搅拌均匀，然后加入辅助物质后搅拌均匀得到混合液，最后加入缓蚀剂和锌粉后加热搅拌均匀得到锌膏；制得的锌膏中，锌粉均匀分散，且与辅助物质支链上的氨基通过氢键结合；主要物质主链上的羧基与辅助物质支链上的氨基产生离子键交联和共价键交联，形成带有支链的三维网络结构。本发明将PAA或PAAS和BPEI通过交联形成三维网络型复合凝胶剂，解决了与锌颗粒的接触有限和储存稳定性不佳的问题，使得锌粉悬浮性、导电性和保水性能均有提高。

技术领域

本发明属于碱性锌锰电池技术领域，涉及一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏。

背景技术

碱性锌锰电池是迄今为止应用最为广泛的民用电池产品。锌膏作为碱性锌锰电池制备的重要组成材料，其性能对碱性电池的放电能力及使用寿命均具有关键的作用。

锌膏凝胶剂是碱锰电池中制备负极锌膏的关键材料之一，其能发挥多重作用，一方面体现在其能使锌粉在活膏时能均匀分散，并在随之注入电池壳后能固定不摇曳；一方面体现在其能吸收并固定电解液，为锌负极发生反应提供足够的电解质；一方面体现在其能防止电池在储存过程中发生固液分离；另一方面体现在其能改善锌粉的表面性能，提高电池的放电性能。

目前，电池企业普遍使用PAA(聚丙烯酸)和PAAS(聚丙烯酸钠)作为锌膏凝胶剂，这类材料在强碱性溶液中初期稳定性好，粘度较大，使得锌粉悬浮稳定性良好，但是现有技术难以利用这些锌膏凝胶剂制备内阻小、放电性能优良、储存性能优良的电池，究其原因是因为：在制备前期(即湿法活膏过程)，由于PAA或PAAS的粘度较大，因而锌粉难以均匀分散在PAA或PAAS的溶液中，进而难以得到锌粉在其中均匀分散的锌膏；在制备后期，由于PAA或PAAS为线性高分子，受限于其一维线性结构，与零维的锌颗粒的接触仅限于点线接触，故接触面积有限，无法在制备锌膏的过程中进一步均匀分散锌粉；在存储过程中，由于锌膏中锌粉无法长期稳定悬浮，长时间使用后锌粉会沉降、团聚，此外，PAA或PAAS在长期储存过程在强碱条件下会逐渐分解，PAA或PAAS线性结构有限的位点无法有效吸附锌粉，且无法形成三维网络结构限制锌粉的位移，最终在长期储存过程中会产生离浆，使得锌粉下沉和团聚，进而导致电池的放电性能下降。

因此，亟待研究一种新的锌膏凝胶剂以制备内阻小、放电性能优良、储存性能优良的电池。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种锌膏凝胶剂，包括主要物质和辅助物质；主要物质为PAA和/或PAAS；辅助物质为BPEI(超支化聚乙烯亚胺)；本发明首次提出将超支化聚合物应用于锌膏凝胶剂中，相较于一维线性结构聚合物，超支化聚合物含有大量拓扑结构的支链，这些支链能够增加其与锌粉的接触面积，PAA和/或PAAS与BPEI所形成的新结构具有由PAA和/或PAAS构成刚性“框架”以及由BPEI大量富含氨基的支链所构成的“触须”，其中“框架”有助于限制锌粉的空间位移，“触须”则能提供大量位点牢牢吸附锌粉，显著提升了锌粉的悬浮性能。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种锌膏凝胶剂，BPEI的重均分子量为45000～75000g/mol；分子量过低则粘度较小，支链数量也较少，不利于悬浮和吸附锌粉；分子量过大则容易团聚，不容易形成均匀交联的三维网络结构。

如上所述的一种锌膏凝胶剂，主要物质与辅助物质的质量比为97:3～60:40；BPEI含量低于3％则无法与PAA或PAAS交联形成三维网络；BPEI含量高于40％则由于BPEI粘度低于PAA，过多的BPEI加入会导致整个凝胶剂粘度大幅下降，不利于悬浮锌粉。