碱性锌锰电池集电体及防漏碱性锌锰电池制造技术

本实用新型专利技术公开了碱性锌锰电池集电体及制作方法和防漏碱性锌锰电池，包括铜钉，铜钉的表面设置有导电聚合物层，是提供的新型碱性锌锰电池的集电体，利用其表面的导电聚合物镀层，不但可以覆盖铜钉表面的金属杂质，还表现出了优越的综合缓蚀性能，获得全新的防漏碱性锌锰电池；而且由于聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物在碱液中的缓释性质：在碱性电解液中起初不溶解，因此不影响电池的新电放电性能，而是逐渐溶解，伴随着电池锌膏杂质的出现而逐渐溶解，及时屏蔽锌膏杂质产生氢气，相比起初添加的有机缓蚀剂，可获得更长的屏蔽寿命。

【技术实现步骤摘要】
碱性锌锰电池集电体及防漏碱性锌锰电池
本技术涉及化学电源领域，尤其涉及碱性锌锰电池集电体及制作方法和碱性锌锰电池。
技术介绍
锌锰电池在电池市场上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碱锰电池作为电源。碱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，自从无汞碱性锌锰电池投入市场后，安全、环保高性能碱性锌锰电池更加收到市场的好评，现在以及未来几十年将以碱性锌锰电池为主导。铜钉作为正极集电体一般用铜、黄铜、青铜制成；但铜钉在使用前往往表面生成了一层氧化物，会增加电池内阻；或者在加工过程中有Ni、Fe等细屑附着在表面，甚至浸入到表层；碱性锌锰电池的负极活性物质锌对杂质非常敏感，当锌膏或铜钉表面具有表面析氢电位低的Ni、Fe等痕量金属后，锌膏便会源源不断的自放电产生析氢反应，一方面会影响碱锰电池的贮存性能，更重要的是氢气会在电池内部积累，最终打开防爆沟引起电池漏液，漏液会腐蚀电器，漏出的液体会腐蚀电器电路板上的元件、铜箔以及焊点，造成电器报废，造成比电池本身价值高很多的损失，给消费者带来极大的损失，严重影响客户的信心。消费者还担心电池的漏液会对人体有害，特别是对特殊人群，例如小孩子或孕妇。因此消费者希望不漏液的电池出现环保安全问题。而碱锰电池漏液问题是该产品的世界性技术难题，一直困扰生产厂家。常规方法为铜钉表面镀铟、锡等，一方面作为战略储备资源，成本较高，而且常规电镀污染严重，另一方面有专利表明这种表面镀金属的方法还不足以克制碱性锌锰电池漏液，另外还需要在锌膏中使用例如二甘醇等其他缓蚀剂，这样会影响电池的新电放电性能，并进一步增加成本或工艺复杂性。技术人在通过大量的实验与探索下发现采用表面镀有聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物的铜钉时，可以覆盖铜钉表面的金属杂质，由于具有较高的电子导电性，不仅不会影响铜钉的导电集流效果，而且发现由于聚苯胺、聚吡咯中的S、N等基团对锌表面活性位具有覆盖保护的作用，将会大幅度降低铜钉周围锌膏的自放电析氢反应；不仅如此，由于聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物在碱性水溶液中具有一定溶解分解性，因此具有缓释(缓慢释放)能力，在随着电池贮存时间的延长、锌膏中迁移来的Fe杂质含量逐渐增多时，铜钉表面的聚苯胺、聚吡咯等溶于锌膏中、分解为小分子的量也逐渐增加，从而增加锌膏的缓蚀抗杂质能力；而且在电池的存贮初期，聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物溶解量低，基本不会影响电池的新电放电性能；尤其是在过放电时，常规In或Sn单质金属也会参与负极氧化反应而脱离铜钉，铜钉表面的杂质将重新裸露，析氢量将大大增加，而聚苯胺与聚吡咯等导电聚合物本身已经属于氧化态，不会参与负极的氧化反应，即不会脱离铜钉，将继续维持保护作用；导电聚合物表面极性明显低于金属，因此相比常规镀铟镀锡，碱性电解液在其表面的爬延速率明显降低，有利于降低电池中孔爬碱率。综上所述，具有聚苯胺、聚吡咯镀层的铜钉集电体表现出优越的综合缓蚀能力，获得全新的防漏碱性锌锰电池。本技术相比常规的稀有分散金属铟或锡镀层，将大幅度降低生产成本，铟、锡等还是重要的战略资源。另外常规金属电镀污染严重，主要是重金属污染比较难以消除，含氰废气的产生是金属电镀电解行业的致命问题，我国环境污染形势严峻，在当地3类地区之内，都不允许开办金属电镀厂，就是被批准的金属电镀厂，也需要严格控制废水处理，甚至是2级处理后都不允许排放，水处理的成本往往高于生产电镀成本，像上海地区，要求零排放，很多污水处理厂达不到这个处理能力。国家已严厉控制金属电镀行业的扩张，并且逐年削减。因此，无论哪里，金属电镀作为当地环保部门重要的控制污染项目，很难批准上马。因此本技术的另一个重要的优点便是导电聚合物电镀或涂覆无重金属氰化物污染，利于环保，可作为碱性锌锰电池的下一代环保集电体。本技术不改变常规的碱性锌锰电池的生产制备工艺，只需在集电体原有生产工艺上稍作改变，可获得全面提高的碱性锌锰电池防漏性能。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供克服现有碱性锌锰电池的铜钉集电体表面具有表面析氢电位低的Ni、Fe等金属后，锌膏便会源源不断的自放电产生析氢导致电池漏液，而常规铜钉表面镀稀有分散金属铟、锡的方法，一方面成本较高，而且金属电镀污染严重，另一方面这种表面镀金属的方法还不足以克制碱性锌锰电池漏液，另外还需要在锌膏中使用例如二甘醇等其他缓蚀剂，将会进一步增加成本或工艺复杂性的问题，并影响电池的新电放电性能；提供一种新型的碱性锌锰电池用集电体，包括铜钉以及铜钉表面的导电聚合物镀层，不仅可避免金属电镀引起的污染，降低生产成本，还可显著改善碱性锌锰电池的防漏液性能，获得全新的防漏碱性锌锰电池。本技术进一步地提供碱性锌锰电池集电体的制作方法和应用有该集电体的碱性锌锰电池。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：碱性锌锰电池集电体，包括铜钉，其特征在于所述的铜钉的表面设置有导电聚合物层。本技术进一步的优选方案为：所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的衍生物或其组合。本技术进一步的优选方案为：所述的导电聚合物层的厚度为0.2～200μm。本技术进一步的优选方案为：所述的导电聚合物的导电率为10～100S/cm。本技术进一步的优选方案为：所述的导电聚合物层从铜钉的尖锐端起占铜钉长度的60％～90％。本技术进一步的优选方案为：碱性锌锰电池集电体的制作方法，其特征在于具有如下步骤：(a)提供作为碱性锌锰电池集电体的铜钉；并将铜钉进行清洗，(b)将导电聚合物包覆在上述的铜钉表面。本技术进一步的优选方案为：(b)具有如下步骤：1)将铜钉通过振动料斗设备进行排列，铜钉的尖锐端朝下、宽头端朝上方向插入至定向模具的铜钉插入孔内；2)将定向模具上所有的铜钉的尖锐端以固定深度浸入至内含有导电聚合物单体以及掺杂剂的电镀液中；3)电镀液中施加电压以完成对铜钉的电镀，清洗干燥后得到表面包覆有导电聚合物层的铜钉。本技术进一步的优选方案为：(b)具有如下步骤：1)将铜钉通过振动料斗设备进行排列，铜钉的尖锐端朝下、宽头端朝上方向插入至定向模具的铜钉插入孔内；2)将定向模具上所有的铜钉的尖锐端以固定深度浸入至内含有导电聚合物、成膜剂以及溶剂的浸涂液中；3)从浸涂液中提拉出铜钉，清洗干燥后得到表面包覆有导电聚合物层的铜钉。本技术进一步的优选方案为：固定深度为铜钉高度的60％～90％。本技术进一步的优选方案为：碱性锌锰电池，包括钢壳、锌膏、负极底盖和集电体，所述的集电体包括铜钉，所述的铜钉的表面设置有导电聚合物层，所述的导电聚合物层从铜钉的尖锐端起占铜钉长度的60％～90％，铜钉的尖锐端插入所述的锌膏中，铜钉的宽头端焊接于负极底盖上与现有技术相比，本技术的优点是提供的新型碱性锌锰电池的集电体，利用其表面的导电聚合物镀层，不但可以覆盖铜钉表面的金属杂质，还表现出了优越的综合缓蚀性能，显著降低碱锰电池的漏液率；而且由于聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物在碱液中的缓释性质：在碱性电解液中起初不溶解，因此不影响电池的新电放电性能，而是逐渐溶解，伴随着电池锌膏杂质的出现而逐渐溶解，及时屏蔽锌膏杂质产生氢气，相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
碱性锌锰电池集电体，包括铜钉，其特征在于所述的铜钉的表面设置有导电聚合物层；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的衍生物或其组合；所述的导电聚合物层的厚度为0.2～200μm；所述的导电聚合物的导电率为10～100S/cm；所述的导电聚合物层从铜钉的尖锐端起占铜钉长度的60％～90％。

【技术特征摘要】
1.碱性锌锰电池集电体，包括铜钉，其特征在于所述的铜钉的表面设置有导电聚合物层；所述的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它们的衍生物或其组合；所述的导电聚合物层的厚度为0.2～200μm；所述的导电聚合物的导电率为10～100S/cm；所述的导电聚合物层从铜钉的尖锐端起占铜钉长度的60％～90％。2.防漏碱性锌锰电池，包括钢壳、锌膏、负极底盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔言明，黄园桥，施斌斌，
申请(专利权)人：中银宁波电池有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33