专利名称：一种环保电池用锌材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种新型环保无铅的电池用锌材料及制造方法。
背景技术：
我国从五十年代开始研制生产电池锌片锌粒，到现在执行的国家标准为GB/T 3610-1997，其化学成份Cd 0.03～0.06％，Pb0.35～0.80％，Fe 0.015％，Cu 0.002％，Sn 0.003％，杂质总和0.025％，其余含量均为Zn；电池锌片的国家标准为GB 1978-88，其化学成份XD1Fe 0.011％，Cd 0.20～0.35％，Pb 0.30～0.50％，Cu 0.002％，Sn 0.002％，杂质总和0.02％，其余含量均为Zn；XD2Fe0.008～0.015％，Cd 0.03～0.06％，Pb 0.35～0.80％，Cu 0.002％，Sn 0.003％杂质总和0.0025％，其余含量均为Zn，用上述这种材料生产的电池市场上称为C型电池。由于生产这种电池采用的电介质是氯化氨，所以电池放电后容易腐蚀穿孔漏液，随着电池技术的发展，环保意识的提高，生产电池的行业有部分锌锰电池由C型转生产P型电池，如一些先进国家日本生产P型的标准为ZnPb CdFeCuMg Sn＞99.5％ 0.40±0.05％ ≤0.002％ ≤0.003％ ＜0.001％ 0.0010±0.0005％ ＜0.0005％出口到欧美国家的层叠电池锌片标准Pb CdFeCu Mg Zn＜0.45％ ≥0.001％ ≤0.003％ ≤0.001％ ≤0.0010％ 余量生产这种锌锰电池，较我国生产的电池标准成份分析，控制了重金属镉的含量，添加了微量元素镁，同时电解质由原来采用氯化氨改为使用氯化锌，于是这种电池市场上称为环保电池，从生产工艺分析，P型电池比C型电池却有进步，但在技术上只是解决了重金属镉的含量问题，镉Cd的含量从0.03～0.06％下降到≤0.001％，但重金属铅的含量仍然变化不大，其含量为0.45％甚至更高。随着社会的进步，对环保意识的提高，对铅进行研究，认识到重金属铅对人体的危害，铅进入人体以后，除部分通过粪便汗液排泄外，其余会溶入血液中，阻碍血液的合成，导致人体的贫血，出现头眩晕、乏力、困倦、便秘、肢体酸痛，有的口中有金属味，动脉硬化和儿童发育不良等等。因此，欧盟ROHS指令2002/95/EO要求被限制有害物质的限制值如下其中铅及其化合物＜1000PPM(0.1％)镉及其化合物＜100PPM(0.01％)汞及其化合物＜1000PPM(0.1％)六价铬＜1000PPM(0.1％)多溴联笨(PBB)与多溴联笨醚(PBDE)＜1000PPM(0.1％)从上述指标分析知道，现在我们生产的P型电池由于还要添加重金属铅0.45％才能达到其成份要求，这样是无法达到欧盟ROHS指令2002/95/EO对有害物质限制铅及其化合物＜1000PPM(0.1％)指标，所以现在生产出的锌锰电池还没有真正达到环保的要求。
发明内容
本发明的目的针对锌锰电池重金属铅含量超标引起对人体的危害之不足，提供一种新型环保绿色无铅电池用锌粒锌带材料。
本发明的另一个目的是提供一种制造上述电池用锌材料的制造方法。
本发明为了解决上述技术问题而采用的技术解决方案如下一种环保电池用锌材料，该锌材料中含有组成的重量配比是Pb≤0.03％，Cd≤0.001％，Fe≤0.003％，Cu≤0.001％，Mg≤0.0015％，Al＜0.02％，Ti＜0.05％。
制造上述电池用锌材料的方法，其操作步骤如下a、配制Zn-Mg-Al-Ti合金；b、在火焰式反射炉上加热熔化上述合金，然后搅拌除渣；c、加入中间合金元素；d、炉前取样分析化验，各项指标符合标准后；e、采用轮带式铸造方法，利用两辊式单机架轧制卷带；f、将连铸轧合格的卷带安装在冲床上冲出合格的产品；g、生产电池锌带继续在轧机分卷轧制直到所需的要求。
本发明采用上述技术解决方案所能带来的技术效果是1、使生产电池材料真正达到环保，减少重金属铅对人类的危害，有益人体健康；2、减小铅在锌的晶间腐蚀，通过合金化去提高材料的耐蚀性，从而保障电池的放电效果；3、通过对含铅电池和采用本发明的锌材料制造的电池分别作放电试验可以得出，采用本发明的锌材料制造的电池其放电性能指标完全能达到含铅电池的各项放电性能指标。
图1为本发明中含铅电池的放电曲线图；图2为采用本发明中锌材料制备的无铅电池的放电曲线图。
具体实施例方式
本发明的环保电池用锌材料是在纯锌(其杂质含量重量比Pb≤0.03％，Cd≤0.001％，Fe≤0.003％，Cu≤0.001％)中，加入Mg、Al、Ti，其中Mg≤0.0015％，Al＜0.02％，Ti＜0.05％；其中，以Mg替代原电池用锌材料中添加的Cd，以Al及稀有元素Ti替代现有电池锌材料添加的Pb。
上述电池锌材料的制造方法，其操作步骤如下a、配制Zn-Mg-Al-Ti合金；b、在火焰式反射炉上加热熔化上述合金，然后搅拌除渣；c、加入中间合金元素；d、炉前取样分析化验，各项指标符合标准后；e、采用轮带式铸造方法，利用两辊式单机架轧制卷带；f、将连铸轧合格的卷带安装在冲床上冲出合格的产品；g、生产电池锌带继续在轧机分卷轧制直到所需的要求。
本发明根据生产锌锰电池的原理在氯化铵电介质存在下发生反应
锌会发生腐蚀反应
用氯化锌作电解质，形成碱式氯化锌代替用氯化铵反应的产物阴极的结构导致两个方面的主要问题，相对较小的比表面，不允许大电流通过，腐蚀反应会一直进行到电池漏液，并且漏出的电解质会腐蚀设备，而铅在锌当中固溶度低，偏析严重，而且容易出现晶间腐蚀，降低电池的寿命，所以通过合金化去改变锌的金属结构，使其结晶的颗粒变得细密，使晶粒表面与晶间距离有较小的电位差，从而增加了耐蚀性能，加入微晶的铝和稀有金属元素，可以细化晶粒，提高锌的耐温性和润湿性，减小锌的晶间腐蚀，提高抗氧性，从而达到既满足电池的技术要求，又能达到环保，保障人类的健康。
通过对含铅电池和采用了本发明的锌材料制造的无铅电池进行放电试验，其各放电试验的数据汇总表如下采用本发明的锌材料制备的无铅电池的放电试验数据汇总表放电位置3屏3排 电池类型9.00V负载180欧母 终止电压4.8V标准时间250.0分钟均匀率86.64％检测环境20℃RH40％ 放电方式连放结束方式正常结束1 2 3 4 5 6 7 8 9 最大值 最小值 平均值开压(V) 10.71 10.76 10.68 - - - - - - 10.76 10.68 10.72首压(V) 9.87 9.87 9.69 - - - - - - 9.87 9.699.78短流(A) 0.882 0.775 0.779 - - - - - - 0.822 0.775 0.799容量(mAh)170.00 165.54 148.80 - - - - - - 170.00 148.80 159.40到达指定电压的时间(分钟)9.00V2.94.03.1- - - - - - 4.02.9 3.45870V 4.16.35.4- - - - - - 6.34.1 5.28.40V6.59.77.7- - - - - - 9.76.5 8.18.10V9.813.5 10.2 - - - - - - 13.5 9.8 11.657.80V14.3 16.9 14.7 - - - - - - 16.9 14.315.67.50V18.9 27.2 22.6 - - - - - - 27.2 18.923.057.20V34.5 47.3 43.7 - - - - - - 47.3 34.540.96.90V52.3 106.8 96.9 - - - - - - 106.8 52.379.556.60V124.0 152.2 135.1 - - - - - - 152.2 124.0 138.16.30V172.5 186.7 172.3 - - - - - - 186.7 172.3 179.56.00V204.2 202.4 190.0 - - - - - - 204.2 190.0 197.15.70V229.3 221.4 201.1 - - - - - - 219.3 201.1 215.25.40V243.3 231.1 213.5 - - - - - - 243.3 213.5 228.45.10V263.3 249.3 223.9 - - - - - - 263.3 223.9 243.64.80V274.5 267.0 240.1 - - - - - - 274.5 240.1 257.3含铅电池的放电数据汇总表放电位置4屏3排 电池类型9.00V负载180欧母终止电压4.80V标准时间250.0分钟 均匀率95.6％检测环境20℃RH40％ 放电方式连放结束方式正常结束
1 23 4 5 6 7 8 9 最大值 最小值平均值开压(V) 10.48010.446 10.409 - - - - - - 10.480 10.40910.445首压(V) 9.880 9.8909.639 - - - - - - 9.6909.639 9.670短流(A) 1.1 1.1 1.0 - - - - - - 1.1 1.0 1.1容量(mAh)161.5 167.2167.1 - - - - - - 167.02 161.5165.3到达指定电压的时间(分钟)9.00V4.1 4.1 3.6 - - - - - - 4.1 3.8 4.08.70V6.6 6.7 6.2 - - - - - - 6.7 6.2 6.58.40V10.1 10.4 9.8 - - - - - - 10.4 9.8 10.18.10V15.3 16.6 15.0- - - - - - 15.8 15.0 15.47.80V23.0 23.8 22.7- - - - - - 23.8 22.7 23.27.50V37.0 36.5 37.0- - - - - - 36.5 37.0 37.57.20V64.4 64.4 60.6- - - - - - 64.4 60.5 63.16.90V102.0 105.798.1- - - - - - 106.798.1 101.96.60V146.3 152.7145.4 - - - - - - 152.7145.4 148.26.30V176.1 161.4177.7 - - - - - - 161.4176.1 178.46.00V197.0 202.4201.7 - - - - - - 202.4197.0 200.45.70V216.4 219.9222.3 - - - - - - 222.3216.4 219.55.40V232.5 236.4239.5 - - - - - - 239.5232.5 236.25.10V246.6 253.4255.9 - - - - - - 255.9246.6 251.94.80V260.5 270.7272.4 - - - - - - 272.4260.6 267.8由上表对比可知，采用了本发明的锌材料制备的无铅电池的各项放电性能指标完全能够达到含铅电池的各项放电性能指标。
权利要求
1.一种环保电池用锌材料，该锌材料中杂质含量重量比是Pb≤0.03％，Cd≤0.001％，Fe≤0.003％，Cu≤0.001％，其特征在于该锌材料中还含有Mg、Al、Ti，其中Mg≤0.0015％，Al＜0.02％，Ti＜0.05％。
2.一种制造权利要求1所述电池用锌材料的方法，其特征在于其操作步骤如下a、配制Zn-Mg-Al-Ti合金；b、在火焰式反射炉上加热熔化上述合金，然后搅拌除渣；c、加入中间合金元素；d、炉前取样分析化验，各项指标符合标准后；e、采用轮带式铸造方法，利用两辊式单机架轧制卷带；f、将连铸轧合格的卷带安装在冲床上冲出合格的产品；g、生产电池锌带继续在轧机分卷轧制直到所需的要求。
全文摘要
本发明公开了电池用锌材料，其中含有组成的重量配比是Pb≤0.03％，Cd≤0.001％，Fe≤0.003％，Cu≤0.001％，Mg≤0.0015％，Al＜0.02％，Ti＜0.05％；还公开了其制造方法，其操作步骤如下a.配制Zn－Mg－Al－Ti合金；b.在火焰式反射炉上加热熔化上述合金，然后搅拌除渣；c.加入中间合金元素；d.炉前取样分析化验，各项指标符合标准后；e.采用轮带式铸造方法，利用两辊式单机架轧制卷带；f.将连铸轧合格的卷带安装在冲床上冲出合格的产品；g.生产电池锌带继续在轧机分卷轧制直到所需的要求。本发明的优点是使生产电池材料真正达到环保要求。
文档编号H01M4/66GK1731603SQ20051003509
公开日2006年2月8日 申请日期2005年6月13日 优先权日2005年6月13日
发明者林良智 申请人:林良智