一种碱性电池正极及其制备方法
【专利摘要】本发明公开的碱性电池正极中含有质量百分比为0.05~5%的石墨烯，采用石墨烯作为碱性电池正极导电剂，不仅可以有效降低电池内阻，提高活性物质的利用率，也可以减少正极导电材料的用量，提高电池活性物质的含量，从而提高电池放电容量和综合性能；本发明公开的碱性电池正极的制备方法包括两次拌粉工艺，将石墨烯分两次加入，且将第二次拌粉过程中石墨烯的加入量控制在2%以下，使石墨烯分散均匀并提高正极活性物质的利用率，以确保二次颗粒粉料组份和密度的均匀性，使制作的正极环重量均匀。
【专利说明】一种碱性电池正极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电池正极及其制备,具体是一种碱性电池正极及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 碱性电池通常包括钢壳、正极环、锌膏、隔膜管、集电体、碱性电解质、密封圈等。数 码产品及电子器件数字化技术的不断发展，离不开大电流放电的高功率或脉冲放电的电 池，传统的碱性电池使用领域大部分需要中小电流性能优越的电池，然而目前碱性电池技 术领域很难做到兼具优越的大电流性能和优越的中小电流性能，而电池的大电流性能或中 小电流性能与电池的正极利用率密切相关。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种碱性电池正极及其制备方法，该正极组装 于碱性电池后，可使碱性电池获得优越的大电流性能和优越的中小电流性能。
[0004] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种碱性电池正极，该正极中含 有质量百分比为0. 05?5%的石墨烯。
[0005] 采用石墨烯作为碱性电池的正极导电剂，不仅可以有效降低电池内阻，提高正极 活性物质的利用率，也可以减少正极导电材料的用量，提高正极活性物质的含量，从而提高 电池放电容量和综合性能。
[0006] 优选地，该正极的质量百分比组成为：石墨3?6%、石墨烯0. 05?5%、氢氧化 钾溶液1?3%、硬脂酸钙0. 05?0. 5%，余量为电解二氧化锰。石墨和石墨烯作为正极的 混合导电剂，不仅可以有效降低电池内阻，提高活性物质的利用率，也可以减少正极导电材 料的用量，提高正极活性物质的含量，从而提高电池放电容量。但是当正极导电剂的含量过 低时，电池内阻增加，并且会直接影响电池的初始电性能及高温贮存后电性能；当正极导电 剂的含量过高时，电池中正极活性物质的含量相对会减少，从而影响电池中小电流性能。因 此，为了兼顾电池的大电流性能和中小电流性能，使电池兼具优越的大电流性能和优越的 中小电流性能，本发明将正极中石墨的含量控制在3?6%、石墨烯的含量控制在0. 05? 5 %，同时将氢氧化钾溶液的含量控制在1?3 %、硬脂酸钙的含量控制在0. 05?0. 5 %，获 得了具有较高放电容量的电池。
[0007] 优选地，所述的氢氧化钾溶液的浓度为35?50%，既可保证正极生产过程中的拌 粉要求，又不至于对电池的电性能造成影响。
[0008] 此外，通过控制石墨与石墨烯的含量之和为3?7%或含量之比为1:1?3,在确 保电池较高的放电容量基础上，可进一步减少混合导电剂用量，提高电池活性物质含量，从 而使电池放电容量进一步提高，同时电池在经过高温贮存后也不会出现电性能大幅度下降 的现象。
[0009] 一种碱性电池正极的制备方法，包括以下步骤：
[0010] 1)原料准备：准备电解二氧化锰、石墨、石墨烯、硬脂酸钙和氢氧化钾溶液，按照 石墨3?6 %、石墨烯0· 05?5 %、氢氧化钾溶液i?3%、硬脂酸钙ο. 〇5?〇. 5%、余量为 电解二氧化锰的质量百分比进行配料；
[0011] 2)第一次拌粉：将电解二氧化锰、石墨、硬脂酸钙和一部分石墨烯混合并进行干 搅拌，之后加入氢氧化钾溶液进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到一次颗粒 粉料；
[0012] 3)第二次拌粉：对得到的一次颗粒粉料进行搅拌，搅拌的同时添加剩余的石墨 烯，搅拌均匀后即得到二次颗粒粉料，所述的剩余的石墨烯在所述的正极中的质量百分含 量彡2% ;
[0013] 4)制作正极环：将二次颗粒粉料制作成正极环，即为所述的正极。
[0014]优选地，步骤1)中所米用的石墨炼与石墨的含量之和为3?7%。
[0015]优选地，步骤1)中所采用的石墨稀与石墨含量之比为1:1?3。
[0016]优选地，步骤1)中所采用的氢氧化钾溶液的浓度为35?50%。
[0017]优选地，步骤1)中所采用的电解二氧化锰为粉状，其粒径为150 μ m以下。电解二 氧化锰作为正极活性物质，将其粒径控制在150 μ m以下，以确保其利用率。
[0018]本发明公开的碱性电池正极的制备方法，包括两次拌粉工艺，将石墨烯分两次加 入，在第一次拌粉过程中先加一部分石墨烯，剩余的石墨烯在第二次拌粉过程中加入，且将 第二次拌粉过程中石墨烯的加入量控制在2%以下，以确保二次颗粒粉料组份和密度的均 匀性，使制作的正极环重量均匀。将石墨烯分两次加入，且在第二次拌粉搅拌的同时，添加 2%以下的石墨烯，不仅可以使石墨烯得到均匀的分散，也可以提高正极的导电率，从而提 高正极活性物质的利用率。之所以在第二次拌粉中添加剩余的石墨烯，是因为第二次拌粉 中颗粒料之间的摩擦力较大，可使石墨烯的分散更均匀，从而最终制得的正极环成分、重量 均匀，性能稳定。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的碱性电池正极中含有质量百 分比为0· 05?5 %的石墨烯，采用石墨烯作为碱性电池正极导电剂，不仅可以有效降低电 池内阻，提高活性物质的利用率，也可以减少正极导电材料的用量，提高电池活性物质的含 量，从而提高电池放电容量和综合性能。本发明公开的碱性电池正极的制备方法，不仅使石 墨烯易于分散均匀，同时也能提高正极活性物质的利用率，采用本发明方法制得的正极环 成型良好，混合导电剂分散均匀，可使电池放电均匀、综合性能得到提高。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021] 实施例1?5和对比例1?3的正极的质量百分比组成见表1，实施例1?5以石 墨烯和石墨组成的混合导电剂作为导电剂，对比例1?3以石墨作为导电剂。按表1的质量 百分比组成分别准备实施例1?5和对比例1?3的原料，实施例1?5的正极的制备方 法为：将电解二氧化锰、石墨、石墨烯和硬脂酸钙混合并进行千搅拌，之后加入氢氧化钾溶 液进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到颗粒粉料，并将该颗粒粉料制作成正 极环，即为实施例1?5的正极。对比例1?3的制备方法与实施例1?5相同，不同之处 仅在于对比例1?3不加石墨烯。将实施例1?5和对比例1?3制作而成的正极环分别 组装成LR6碱性电池，并在20±2°C的环境下测试初始电性能以及高温贮存后电性能，其中 初始电性能数据为20±2°C的环境中放置两天后测试所得，高温贮存电性能为70°C环境中 贮存7天后，再在20±2°C的环境中保温一天后测试所得。大电流性能测试指标及截至电位 如下：1000mA 脉冲 10s/m，lh/d，截止电位 0. 9V ;1500mW 脉冲（1500mW2s，650mW28s) 10T/lh， 24h/d,截止电位1. 05V。中等电流性能测试指标及截止电位如下：250mA间放lh/d，截止电 位0. 9V。小电流性能测试指标及截止电位如下：24Ω脉冲15s/min，8h/d，截止电位1.0V; 100mA间放lh/d,截止电位0. 9V。对于实施例1?5和对比例1?3制作而成的碱性电池， 每种放电方式测试9节电池，其电性能测试平均结果见表2,表2中测试结果以对比例1的 初始电性能记为100%。
[0022] 实施例6?8和对比例4、对比例5的正极的质量百分比组成见表1，对比例4单 独使用5 %的石墨做为导电剂，实施例6?8和对比例5均以石墨烯和石墨组成的混合导电 剂作为导电剂，混合导电剂的含量为5%，不同之处在于实施例6?8的正极采用本发明方 法制备：即将石墨烯分两次加入，在第一次拌粉过程中先加一部分石墨烯，剩余的石墨烯在 第二次拌粉过程中加入。对比例4、对比例5的正极的制备方法与实施例1?5相同。将实 施例6?8和对比例4、对比例5制作而成的正极环分别组装成LR6碱性电池，在20±2°C 的环境中放置两天后，在20土2°C的环境下测试初始电性能，测试方法和条件以及测试指标 和截至电位与用实施例1?5制作而成的碱性电池相同。对于实施例6?8和对比例4、对 比例5制作而成的碱性电池，每种放电方式测试9节电池，其电性能测试平均结果见表3,表 3中测试结果以对比例4的初始电性能记为1〇〇%。对于实施例6?8和对比例4、对比例 5制作而成的碱性电池，每种放电方式测试的9节电池，并计算每种放电方式9节电池的均 匀率，结果见表4。
[0023] 表1实施例1?8和对比例1?4的正极的质量百分比组成（％ )
[0024]
【权利要求】
1. 一种碱性电池正极，其特征在于该正极中含有质量百分比为0· 05?5%的石墨烯。
2. 根据权利要求1所述的碱性电池正极，其特征在于：该正极的质量百分比组成为：石 墨3?6%、石墨烯0. 05?5%、氢氧化钾溶液Γ3%、硬脂酸钙0. 05~0. 5%，余量为电解二氧化猛。
3. 根据权利要求2所述的碱性电池正极，其特征在于：所述的氢氧化钾溶液的浓度为 35?50%。
4. 根据权利要求2或3所述的碱性电池正极，其特征在于：所述的石墨烯与所述的石 墨的含量之和为3?7%。
5. 根据权利要求2或3所述的碱性电池正极，其特征在于：所述的石墨烯与所述的石 墨含量之比为1: 1?3。
6. -种碱性电池正极的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 原料准备：准备电解二氧化猛、石墨、石墨稀、硬脂酸興和氢氧化钾溶液，按照石墨 3?6%、石墨烯0. 〇5?5%、氢氧化钾溶液1?3%、硬脂酸钙〇. 05?0. 5%、余量为电解二氧化锰的质 量百分比进行配料； 2) 第一次拌粉：将电解二氧化锰、石墨、硬脂酸钙和一部分石墨烯混合并进行千搅拌， 之后加入氢氧化钾溶液进行湿搅拌，搅拌均匀后经过压片、造粒、过筛得到一次颗粒粉料； 3) 第二次拌粉：对得到的一次颗粒粉料进行搅拌，搅拌的同时添加剩余的石墨烯，搅拌 均匀后即得到二次颗粒粉料，所述的剩余的石墨烯在所述的正极中的质量百分含量< 2% ; 4) 制作正极环：将二次颗粒粉料制作成正极环，即为所述的正极。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤L )中所采用的氢氧化钾溶液的浓 度为35?50%。
8. 根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于步骤u中所采用的石墨烯与石墨 的含量之和为3?7%。 ^9.根据权$要求6或7所述的制备方法，其特征在于步骤i冲所采用的石墨烯与石墨 白量之比为1:1?3。 根^^利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤1)中所采用的电解二氧化锰为 物状，其权径为15〇Mm以下。
【文档编号】H01M4/38GK104218229SQ201410443166
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】唐录, 张伟伟, 徐益军, 谢红卫 申请人:中银（宁波）电池有限公司