一种高倍率柱状锌锰电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其是一种高倍率柱状锌锰电池。


背景技术：

2.随着电子时代的到来，越来越多需要大电流连续放电和高能量的电子产品进入市场，如照相机、闪光灯、计算器、电动玩具等产品。普通碳性电池和很难满足容量的需求；锂离子电池由于使用有机电解液产生易燃易爆事故，并且价格昂贵；锌镍电池由于镍资源缺乏，价格也很高。
3.锌锰电池因其结构设计合理，可大规模生产，并且具有优良的电化学性能和较高的性价比，碱性锌锰电池电容量比普通碳性电池4-5倍，价格低廉得到很大规模的应用。锌锰电池在电池市场上具有巨大的份额与其广泛的用途是分不开的，它是民用一次电池的主导产品，几乎所有的低压直流电器都可以使用锌锰电池作为电源。
4.碳性锌锰电池具有优良的电化学性能和较高的性价比，一直受到广大消费者的欢迎，自从无汞碳性锌锰电池投入市场后，成本低、环保的高性能碳性锌锰电池更加受到市场的关注，但是碳性锌锰电池的电容量小，导电倍率性差，在进行充放电测试和使用时，循环稳定性差。因此，开发一种高倍率，高容量的锌锰电池是提高电池性能的关键。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种高倍率柱状锌锰电池。
6.本实用新型的技术方案为：一种高倍率柱状锌锰电池，包括锌壳、碳棒、隔膜、负极底、正极冒、正极柱，所述的锌壳内设置有正极柱；所述的正极柱内插设有碳棒，并且所述的锌壳开口端设有一缩口，所述胶塞的外侧圈套接在所述锌壳的缩口的外侧端上，并且所述碳棒的上端与胶塞连接，所述碳棒的下端向下插入正极柱中并延伸至锌壳底端；
7.所述碳棒的上端与正极帽连接，并且所述正极帽的下端面与所述胶塞的上端面接触连接；
8.所述的负极底设置在所述锌壳的底面的外侧，并与所述锌壳底面的外侧面接触连接；
9.所述的正极柱由三维碳纳米管框架、以及填充在三维碳纳米管框架中的正极材料混合层组成。
10.优选的，所述的正极材料混合层为由二氧化锰材料、乙炔黑材料、粘结剂材料、电解液经过挤压复合而成的柱状结构，并且所述的三维碳纳米管框架衔接于二氧化锰材料表面作为锌沉积/溶解支架。
11.优选的，所述的三维碳纳米管框架的重量为正极柱的1-10％。所述的电解液材料的浓度为10％-60％。
12.优选的，所述的锌壳为一端封闭的圆筒状结构。
13.优选的，所述的正极柱与锌壳内侧壁之间还设置有隔膜。
14.优选的，所述的电解液材料为弱酸弱碱盐的水溶液。
15.优选的，所述的电解液材料为氯化锌和氯化铵的水溶液、硫酸锌和氯化铵的水溶液、乙酸锌和氯化铵的水溶液中的任一种。
16.优选的，所述的粘结剂材料为聚丙烯酸类、聚丙烯醇类、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素中的一种或几种的混合。
17.优选的，所述的粘结剂材料的含量为正极柱重量的0.1％-5％。
18.本实用新型的有益效果为：
19.1、本实用新型结构简单，实用性强，同时倍率性高，而且充放电稳定；
20.2、本实用新型通过在正极柱中添加碳纳米管，并控制碳纳米管的重量，同时控制电解液材料的浓度，从而大幅提高电池的中小功率放电性能。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图；
22.图2为本实用新型图1中a处的放大示意图；
23.图3为实施例3电池模拟马达放电的示意图；
24.图中，1-正极帽，2-胶塞，3-锌壳，4-碳棒，5-正极柱，6-负极底，7-隔膜。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
26.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.实施例1
28.如图1和2所示，本实施例提供一种高倍率柱状锌锰电池，包括锌壳3、碳棒4、隔膜7、负极底6、正极帽1、正极柱5，所述的锌壳3内设置有正极柱5；所述的正极柱5内还插设有碳棒4，本实施例所述的锌壳3为一端封闭的圆筒状结构。并且所述的锌壳3开口端设有一缩口，所述胶塞2的外侧圈套接在所述锌壳3的缩口的外侧端上。并且所述碳棒4的上端与胶塞3连接，所述碳棒4的下端向下插入正极柱5中并延伸至锌壳3底端。
29.优选的，所述碳棒4的上端与正极帽1连接，并且所述正极帽1的下端面与所述胶塞2的上端面接触连接。
30.优选的，所述的负极底6设置在所述锌壳3的底面的外侧，并与所述锌壳3底面的外侧面接触连接。
31.优选的，本实施例所述的正极柱5由三维碳纳米管框架、二氧化锰材料、乙炔黑材料、粘结剂材料、电解液材料复合而成，并且所述的三维碳纳米管框架的重量为正极柱5的1-10％。本实施例通过在二氧化锰表面巧妙地引入碳纳米管(cnt)三维框架结构作为锌沉
积/溶解支架，三维cnt框架的构建使得电极表面的电场分布更加均匀，锌成核过电位显著降低(～27mv)，从而更利于锌离子在界面处的快速迁移及均匀成核，有效地抑制了锌枝晶和其他副产物的产生，明显提高了电池的倍率性能。
32.优选的，所述的电解液材料的浓度为10％-60％，并且本实施所述的电解液为弱酸弱碱盐的水溶液。优选为氯化锌和氯化铵的水溶液、硫酸锌和氯化铵的水溶液、乙酸锌和氯化铵的水溶液中的任一种。
33.优选的，所述的锌壳3内侧壁上还设置有隔膜7。
34.优选的，所述的粘结剂材料为聚丙烯酸类、聚丙烯醇类、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素中的一种或几种的复合而成。并且所述的粘结剂材料的含量为正极柱5重量的0.1％-5％。
35.实施例2
36.电池的制备
37.本实施例是通过将电解二氧化锰、碳纳米管、乙炔黑、浓度为25％的氯化锌和浓度为5％的氯化铵的水溶液、聚丙烯醇按质量比8:0.4:1:1.5:0.04混合均匀，经过挤压，最后制成正极柱5，将正极柱5插入到锌壳3中，之后将碳棒4插入正极柱5中，然后盖上胶塞2，安装正极帽1，组装成lr6电池。电池的结构如图1所示。本实施例中正极柱5的粘结剂聚丙烯醇pva属于有机化合物，在电极中起粘结作用，并且三维碳纳米管框架具有优异的电学性能。
38.实施例3
39.电池放电方式
40.模拟马达放电，具体放电方式如下：
41.用3.9欧姆负载对实施例1所述的电池进行连续放电到截止电压，电池放电的截止电压是0.8v，记录电池的放电时间。
42.电池的测试是电池制成后放置在室温1周后进行放电，电池放电温度控制在20
±
1℃。
43.并选用现有的高巨能r6p电池、gp超霸5号碳性电池、松下碳性5号干电池作为对比，具体参见表1和图3。从实施例和对比例的电池放电结果可以看出，实施例的高倍率电池模拟马达放电时间远远超过市场在售的碳性锌锰电池。
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上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理和最佳实施例，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。