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镁-锌环保型电解液

基本信息

  • 申请号 CN00121892.1 
  • 公开号 CN1296301A 
  • 申请日 2000/08/08 
  • 公开日 2001/05/23 
  • 申请人 徐广利 白云  
  • 优先权日期  
  • 发明人 白云 李定平  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 510700广东省广州市黄埔区丰乐北路泰景花园JB-8幢103室 
  • 分类号  
  • 专利代理机构  
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人  
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明《镁-锌环保型电解液》用于锌锰碳性电池能实现无“汞”,尤其是用于天然锰粉,性能独特,与NH展开

权利要求书

1.以电解质氯化镁、氯化锌为主的本发明电解液的组成,组份和制备方法。
2.本发明电解液在锌锰碳性电池、锌锰碳性无“汞”电池上的应用。
3.本发明电解液在其它类别电池上的应用。
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说明书

1名称 镁-锌环保型电解液。
2技术领域 属电池领域中的一种新型电解液,主要用于锌锰电池。
3相关技术现状 电解质有水溶性电解质,非水溶性(有机)电解质和固体电解质。
电解质 的选择与电极对的选择、电池性能的需求有关。
水溶性电解质有碱性电解质、酸性电解质和中性电解质。
碱性电解质指KOH和NaOH,广泛用于各种碱性电池。
如碱锰电池、镍 镉电池、镍氢电池、锌镍电池、银锌电池、锂电池、锌-空气电池以及氢氧燃 料电池等。
酸性电解质主要指H2SO4,用于铅酸电池。
中性电解质种类繁多,电解质一般是某种盐或几种盐混合物。
形成电解液 时,PH值在4-6之间。
比较典型的有: 镁锰电池用MgCl2或Mg(ClO4)2与MgCl2混合作电解质。
锌锰氯化镁型 电池也使用这种电解质。
锌锰电池普遍使用NH4Cl和ZnCl2混合作电解质。
锌锰氯化铵型电池以NH4Cl为主,ZnCl2为辅作电解质。
内电解液浓度一般为 20-25°Be′(波美度),电解液中NH4Cl占22-24%,ZnCl2占16-18%。
二 氧化锰阴极电芯粉中外加固体NH4Cl 15-18%,电池电芯中NH4Cl占15-18 %,ZnCl2占3-5%,水分占18.5-22.5%。
锌锰氯化锌型电池以ZnCl2为主,NH4Cl为辅作电解质。
电解液浓度一般 为28-32°Be′,电解液中ZnCl2占24-26%,NH4Cl占3-8%,电液PH值3.8-4.5。
该电池也单独使用28-32°Be′ZnCl2电解液。
锌锰叠层电池使用氯化铵型电解液或氯化锌型电解液,为改善电池贮存 性,电液中往往加入1-3%MgCl2
锌锰氯化镁型电池,表现出良好的贮存性和耐候性。
该电池输出电流相对 较小,负荷电压下降平稳,适合无线通讯作电源。
锌锰氯化铵型电池制造成本低,产品价廉,十分普及。
铵型电解液适应天 然二氧化锰,也适应电解二氧化锰。
该电池短路电流较高,不适合重负荷放电, 放电率较低,防漏性差,贮存时易发生“锌筒穿孔”、“气胀鼓底”和“绿帽走 水”等质量问题,耐低温性特别差。
锌锰氯化锌型电池,锌型电解液特别适应电解二氧化锰,如用天然二氧化 锰电解液特性表现就差。
该电池适合于重负荷连续放电,放电率相对较高,防 漏性好,耐候性较好,但贮存性能不稳定,贮存性能特别依赖装配的质量水平。
碱性电解质和酸性电解质是强碱和强酸,会灼伤人体和污染环境。
相对而 言,中性电解质对环境保护有利。
锌锰电池为改善贮存性在电解液中加入了HgCl2,这种含“汞”电解液污 染生产场所和周边环境,制造出的有“汞”电池对环境的污染范围更大,危害 性更大,属于淘汰产品。
锌锰电池无“汞”,氯化锌型电解液用在R6型和R03型电池上工艺技术已 基本过关,但用在R14型和R20型电池上还十分困难,产品存在着质量风险。
天然锰粉做无“汞”锌锰电池,在中国电池业曾掀起过二次高潮。
一次是 以SnCl2代替HgCl2;另一次是“加铝锌片”,但最终以失败告终。
锌锰电池量 最大的R20S(S-普通型)和R14S如何实现无汞呢?这是当前电池业急需解 决的问题。
4发明的目的 由电解液对电极行为影响,对电池综合性能影响的认识,企图通过试验筛 选出一种新型电解液。
该电解液用于锌锰电池无“汞”对电极材料无特别要求, 并电池放电性能提高,贮存性能改善,耐候性更好。
5发明内容及技术特征 由电解液技术现状和一种追求,对MgCl2-ZnCl2电解液进行了试验。
试验 电池3.9Ω重负荷连续放电表现出良好的放电性能,其放电率显著增加。
由此, 对该电解液进行了配方筛选试验70余次,从中选出了对电池综合性能好的电 解液配方。
例如: 浓度:21-23波美度 PH值:5-6 组分:MgCl2 16-18%,ZnCl2 14-16%,NH4Cl 3-5%。
添加剂:H3BO3 2-3g/L,PVA 2-3g/L。
本发明电解液由电解质MgCl2、ZnCl2为主,NH4Cl为辅,添加剂H3BO3和PVA组成,区别于其它电解液为组成特点。
本发明电解液用于锌锰电池实现无“汞”对锰粉(MnO2)无特别要求,且 电池性能改善为本发明电解液的功能特点。
本发明电解液不使用HgCl2,相对碱性和酸性电解液而言属中性电解液, 属环保型电解液,有利于环境保护。
6本发明与现有技术相比优点和积极效果 与现有NH4Cl型和ZnCl2型电解液相比(见表一),本发明电解液对电池 综合性能改善极大,如3.9Ω重负荷放电放电放电率可增加13-20%,用于无 “汞”电池贮存性良好。
表一    R6型全电解锰粉(MnO2)电池性能比较表 NHCl型电池
ZnCl2型电液
本发明电液
电池是否有汞
    有汞
    有汞
    无汞
 3.9Ω连放(分钟)
    65-75
    70-85
    110-125
 3.9Ω连放放电率(%)
    31-36
    33-41
    46-55
 10Ω连放(分钟)
   280-320
   320-350
    420-480
 10Ω连放放电率(%)
    53-60
    60-66
    78-83
 MnO2理论容量(AH)
    1.10
    1.10
    1.10
防漏性(3.9Ω连放至0.35V)
    极差
    好
    好
 贮存质量稳定性
    差
    不稳定
    好
注:放电终止电压0.9V,电芯重8.0g。
R14型和R20型锌锰电池用全天然锰粉(MnO2)实现无“汞”,在电池业 一直是难点,但本发明电池表现出的独特性能却能解决这个问题。
(见表二)。
表二    R20型全天然锰粉(MnO2)电性能比较表     NHCl型电液
    本发明电液
隔离层形成
    浆糊
    纸板
电池汞含量(%)
    ≥0.2
    ≤1×10-5
电芯重量(g)
    48
    50
 MnO2理论容量(AH)
    ≥4.5
    ≥5.0
 3.9Ω连放(分钟)
    ≥220
    ≥380
 3.9Ω连放放电率(%)
    24-28
    ≥40
贮存一年容降率(%)
    8-15
    4~8
防漏性(3.9Ω连放至0.35V)
    锌筒穿孔漏液
锌筒不穿孔、不漏液
贮存质量稳定性
    差
    较好
注:放电终止电压0.9V,单一大新天然二氧化锰粉。
本发明电解液与铵型电解液相比每吨可节约300元,与锌型电解液相比每 吨可节约374元,节约价值可观。
综上,本发明电解液用于锌锰电池与现有电解液相比,除电池放电性能被 提高,电池贮存性能和防漏性能被改善外,还能实现电池无“汞”,尤其是天 然锰粉(MnO2)做的普通型锌锰电池也能实现无“汞”,意义深远。
7本发明应用实例 7.1电解液配制 7.1.1基准:称取MgCl2188g,ZnCl2164g,NH4Cl35g于量筒中,加水至1000ml, 另外加H3BO32g,PVA2g,用HCl调PH值至4.5~5.0,测比重为21-23波美 度。
7.1.2电解液纯化处理:将配制好的电解液加入纯锌渣,加热至PVA溶解后 再加热半小时,加热过程注意补水。
加热完毕冷却,补足失水,测比重21-23 波美度。
用HCl调PH值为4.5-5.0后,静置,过滤。
过滤液放入纯净锌渣,陈 化七天以上作拌粉液用。
7.2电芯粉配方 7.2.1基准:锰碳比87∶13;电解液加入量:每Kg干粉加入500-510ml配 制好的电解液。
7.2.2电芯粉拌合和电池装配与锌锰纸板电池制造方法相同。
7.2.3电池性能指标(以R6型为例)。
    电芯重:8.0g;电芯复压后密实度:1.98~2.00g/cm3     电池开路电压:1.70-1.72V;电池短路电流≥4.0A;     3.9Ω连放,终止电压0.9V:放电时间≥110分钟;     10Ω连放,终止电压0.9V:放电时间≥420分钟。
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