一种电流高利用率碳性锌锰干电池及其制造工艺
阅读说明：本技术 一种电流高利用率碳性锌锰干电池及其制造工艺 (Carbon zinc-manganese dry battery with high current utilization rate and manufacturing process thereof ) 是由 王嘉军 王文周 于金华 马忠红 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于碳性电池领域,公开了一种电流高利用率碳性锌锰干电池,包括负极锌筒、电解质浆料、碳棒、设置在复合正极与负极锌筒之间的隔膜和组合帽,所述电解质重量份数的成份：二氧化锰60-80份、碳材料8-10份、氯化铵5-7份、氯化锌4-6份、缓冲剂1-2份、改性添加剂1-2份和余量水。本发明制得的碳性锌锰干电池,相对现有技术的碳性电池,电池析氢量低,从而降低内阻,提高电池电流利用率,具有优异的放电容量,通过本发明制得的电解质浆料可提升碳性锌锰干电池的导电性能,进而提高电流利用率,通过改性添加剂,增强碳材料吸附电荷的性能,并促进二氧化锰对氢气的吸收,增强电池在大电流条件下的使用性能,进而延长电池的使用寿命和电池容量。(The invention belongs to the field of carbon batteries, and discloses a carbon zinc-manganese dioxide dry battery with high current utilization rate, which comprises a negative electrode zinc cylinder, electrolyte slurry, a carbon rod, a diaphragm and a combined cap, wherein the diaphragm and the combined cap are arranged between a composite positive electrode and the negative electrode zinc cylinder, and the electrolyte comprises the following components in parts by weight: 60-80 parts of manganese dioxide, 8-10 parts of carbon material, 5-7 parts of ammonium chloride, 4-6 parts of zinc chloride, 1-2 parts of buffering agent, 1-2 parts of modified additive and the balance of water. Compared with the carbon battery in the prior art, the carbon zinc-manganese dry battery prepared by the invention has low hydrogen evolution amount, thereby reducing internal resistance, improving the current utilization rate of the battery and having excellent discharge capacity.)
技术领域
本发明涉及碳性电池技术领域，具体为一种电流高利用率碳性锌锰干电池及其制造工艺。
背景技术
碳性电池全称：中性锌-二氧化锰干电池(zinc-manganese dry battery)，属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池。因为这种化学电源装置其电解质是一种不能流动的糊状物，所以也叫做干电池。
锌的电解反应是会释放氢气的，这气体是会增加电池内阻的，而和石墨相混的二氧化锰就是用来吸收氢气的；但若电池连续工作或是用的太久，二氧化锰就来不及或已近饱和没能力再吸收了，此时电池就会因内阻太大而输出电流太小而失去作用，目前常用的碳性锌锰干电池具有电流利用率低、导电性能差、使用寿命短的缺点。
发明内容
(一)解决的技术问题
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电流高利用率碳性锌锰干电池及其制造工艺，解决了目前常用的碳性锌锰干电池具有电流利用率低、导电性能差、使用寿命短的缺点的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电流高利用率碳性锌锰干电池，包括负极锌筒、电解质浆料、碳棒、设置在复合正极与负极锌筒之间的隔膜和组合帽，所述电解质重量份数的成份：二氧化锰60-80份、碳材料8-10份、氯化铵5-7份、氯化锌4-6份、缓冲剂1-2份、改性添加剂1-2份和余量水。
优选的，所述电解质包括以下重量份数的成份：二氧化锰60份、碳材料8份、氯化铵5份、氯化锌4份、缓冲剂1份、改性添加剂1份和余量水。
优选的，所述电解质包括以下重量份数的成份：二氧化锰70份、碳材料9份、氯化铵6份、氯化锌5份、缓冲剂1.5份、改性添加剂1.5份和余量水。
优选的，所述电解质重量份数的成份：二氧化锰80份、碳材料10份、氯化铵7份、氯化锌6份、缓冲剂2份、改性添加剂2份和余量水。
优选的，所述改性添加剂的制备方法为：
1)以石墨棒作为电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂。
2)将制得添加剂放入石英管的恒温区通入水后加热至800-1200℃，然后施加300V-500V的电压反应18-36h得到改性添加剂。
优选的，所述二氧化锰为α-MnO2，所述缓冲剂为醋酸铵。
优选的，所述碳材料为导电炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维的一种。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种电流高利用率碳性锌锰干电池的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1、将氯化铵、氯化锌和缓冲剂加入搅拌容器中，充分搅拌混合形成糊状混合物；
步骤2、向步骤1制得的糊状混合物中添加碳材料以及二氧化锰粉与一定质量百分比的改性添加剂，并在真空环境下高速搅拌1-2h，得电解质浆料，将得到的电解质浆料陈化24小时以上；
步骤3、在负极锌筒内壁套入膈膜纸，然后注入陈化后的电解质浆料，填充量为锌筒1/2-4/5高度，然后插入碳棒作为集流体，涂封口胶，加入组合帽，机器上卷边封口，得碳性锌锰干电池。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种电流高利用率碳性锌锰干电池及其制造工艺，具备以下有益效果：
(1)本发明制得的碳性锌锰干电池，相对现有技术的碳性电池，电池析氢量低，从而降低内阻，提高电池电流利用率，具有优异的放电容量。
(2)通过本发明制得的电解质浆料可提升碳性锌锰干电池的导电性能，进而提高电流利用率，通过改性添加剂，增强碳材料吸附电荷的性能，并促进二氧化锰对氢气的吸收，增强电池在大电流条件下的使用性能，进而延长电池的使用寿命和电池容量。
(3)通过在电解质浆料加入弱酸弱碱盐，在连放时，过多的H+缓冲物质的弱酸根结合成难电离的弱酸，从而降低了连放反应中产生的H+浓度，使电池的PH无明显变化，抑制H+还原为H2的量，降低电池的析氢量，降低内阻，提高电流利用率，增强导电性能。
综上所述本发明的碳性锌锰干电池具有导电性能好、电流利用率高、工作效率高、使用寿命长、容量大的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种电流高利用率碳性锌锰干电池，包括负极锌筒、电解质浆料、碳棒、设置在复合正极与负极锌筒之间的隔膜和组合帽，电解质包括以下重量份数的成份：二氧化锰60份、碳材料8份、氯化铵5份、氯化锌4份、缓冲剂1份、改性添加剂1份和余量水。
具体的，改性添加剂的制备方法为：
1)以石墨棒作为电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂。
2)将制得添加剂放入石英管的恒温区通入水后加热至800℃，然后施加300V的电压反应18h得到改性添加剂。
具体的，二氧化锰为α-MnO2，纳米尺寸的α-MnO2材料有利于H+和Zn2 +在孔道中的嵌入和脱出，进而改善电池的充放电循环性能，同时纳米尺寸的α-MnO2可以降低电池内阻，缓冲剂为醋酸铵，醋酸铵为弱酸弱碱盐，用于在连放中抑制H+还原为H2，减缓H2气体的产生，减少电池的析气量，防止电池气胀，控制整个电池放电过程的pH的变化，将体系控制在酸性范围内，尽量减少Zn(NH3)4CL2的生成，提高防漏性能，延长电池寿命，在连放时，过多的H+与缓冲物质的弱酸根结合成难电离的弱酸，从而降低了连放反应中产生的H+浓度，使电池体系的pH无明显变化，抑制H+还原为H2的量，降低电池的析气量。
具体的，碳材料为导电炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维的一种。
一种电流高利用率碳性锌锰干电池的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1、将氯化铵、氯化锌和缓冲剂加入搅拌容器中，充分搅拌混合形成糊状混合物；
步骤2、向步骤1制得的糊状混合物中添加碳材料以及二氧化锰粉与一定质量百分比的改性添加剂，并在真空环境下高速搅拌1h，得电解质浆料，将得到的电解质浆料陈化24小时以上；
步骤3、在负极锌筒内壁套入膈膜纸，然后注入陈化后的电解质浆料，填充量为锌筒1/2-4/5高度，然后插入碳棒作为集流体，涂封口胶，加入组合帽，机器上卷边封口，得碳性锌锰干电池。
实施例二：
一种电流高利用率碳性锌锰干电池，包括负极锌筒、电解质浆料、碳棒、设置在复合正极与负极锌筒之间的隔膜和组合帽，电解质包括以下重量份数的成份：二氧化锰70份、碳材料9份、氯化铵6份、氯化锌5份、缓冲剂1.5份、改性添加剂1.5份和余量水。
具体的，改性添加剂的制备方法为：
1)以石墨棒作为电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂。
2)将制得添加剂放入石英管的恒温区通入水后加热至1000℃，然后施加400V的电压反应27h得到改性添加剂。
具体的，二氧化锰为α-MnO2，纳米尺寸的α-MnO2材料有利于H+和Zn2 +在孔道中的嵌入和脱出，进而改善电池的充放电循环性能，同时纳米尺寸的α-MnO2可以降低电池内阻，缓冲剂为醋酸铵，醋酸铵为弱酸弱碱盐，用于在连放中抑制H+还原为H2，减缓H2气体的产生，减少电池的析气量，防止电池气胀，控制整个电池放电过程的pH的变化，将体系控制在酸性范围内，尽量减少Zn(NH3)4CL2的生成，提高防漏性能，延长电池寿命，在连放时，过多的H+与缓冲物质的弱酸根结合成难电离的弱酸，从而降低了连放反应中产生的H+浓度，使电池体系的pH无明显变化，抑制H+还原为H2的量，降低电池的析气量。
具体的，碳材料为导电炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维的一种。
一种电流高利用率碳性锌锰干电池的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1、将氯化铵、氯化锌和缓冲剂加入搅拌容器中，充分搅拌混合形成糊状混合物；
步骤2、向步骤1制得的糊状混合物中添加碳材料以及二氧化锰粉与一定质量百分比的改性添加剂，并在真空环境下高速搅拌1.5h，得电解质浆料，将得到的电解质浆料陈化24小时以上；
步骤3、在负极锌筒内壁套入膈膜纸，然后注入陈化后的电解质浆料，填充量为锌筒1/2-4/5高度，然后插入碳棒作为集流体，涂封口胶，加入组合帽，机器上卷边封口，得碳性锌锰干电池。
实施例三：
一种电流高利用率碳性锌锰干电池，包括负极锌筒、电解质浆料、碳棒、设置在复合正极与负极锌筒之间的隔膜和组合帽，电解质重量份数的成份：二氧化锰80份、碳材料10份、氯化铵7份、氯化锌6份、缓冲剂2份、改性添加剂2份和余量水。
具体的，改性添加剂的制备方法为：
1)以石墨棒作为电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反映媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂。
2)将制得添加剂放入石英管的恒温区通入水后加热至1200℃，然后施加500V的电压反应36h得到改性添加剂。
具体的，二氧化锰为α-MnO2，纳米尺寸的α-MnO2材料有利于H+和Zn2 +在孔道中的嵌入和脱出，进而改善电池的充放电循环性能，同时纳米尺寸的α-MnO2可以降低电池内阻，缓冲剂为醋酸铵，醋酸铵为弱酸弱碱盐，用于在连放中抑制H+还原为H2，减缓H2气体的产生，减少电池的析气量，防止电池气胀，控制整个电池放电过程的pH的变化，将体系控制在酸性范围内，尽量减少Zn(NH3)4CL2的生成，提高防漏性能，延长电池寿命，在连放时，过多的H+与缓冲物质的弱酸根结合成难电离的弱酸，从而降低了连放反应中产生的H+浓度，使电池体系的pH无明显变化，抑制H+还原为H2的量，降低电池的析气量。
具体的，碳材料为导电炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维的一种。
一种电流高利用率碳性锌锰干电池的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1、将氯化铵、氯化锌和缓冲剂加入搅拌容器中，充分搅拌混合形成糊状混合物；
步骤2、向步骤1制得的糊状混合物中添加碳材料以及二氧化锰粉与一定质量百分比的改性添加剂，并在真空环境下高速搅拌2h，得电解质浆料，将得到的电解质浆料陈化24小时以上；
步骤3、在负极锌筒内壁套入膈膜纸，然后注入陈化后的电解质浆料，填充量为锌筒1/2-4/5高度，然后插入碳棒作为集流体，涂封口胶，加入组合帽，机器上卷边封口，得碳性锌锰干电池。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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