锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏技术

本发明专利技术涉及一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏，锌膏凝胶剂包括主要物质(PAA和/或PAAS)和辅助物质(BPEI)；制备锌膏的方法：首先将主要物质加入到电解液中搅拌均匀，然后加入辅助物质后搅拌均匀得到混合液，最后加入缓蚀剂和锌粉后加热搅拌均匀得到锌膏；制得的锌膏中，锌粉均匀分散，且与辅助物质支链上的氨基通过氢键结合；主要物质主链上的羧基与辅助物质支链上的氨基产生离子键交联和共价键交联，形成带有支链的三维网络结构。本发明专利技术将PAA或PAAS和BPEI通过交联形成三维网络型复合凝胶剂，解决了与锌颗粒的接触有限和储存稳定性不佳的问题，使得锌粉悬浮性、导电性和保水性能均有提高。导电性和保水性能均有提高。

【技术实现步骤摘要】
锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏


[0001]本专利技术属于碱性锌锰电池
，涉及一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏。

技术介绍

[0002]碱性锌锰电池是迄今为止应用最为广泛的民用电池产品。锌膏作为碱性锌锰电池制备的重要组成材料，其性能对碱性电池的放电能力及使用寿命均具有关键的作用。
[0003]锌膏凝胶剂是碱锰电池中制备负极锌膏的关键材料之一，其能发挥多重作用，一方面体现在其能使锌粉在活膏时能均匀分散，并在随之注入电池壳后能固定不摇曳；一方面体现在其能吸收并固定电解液，为锌负极发生反应提供足够的电解质；一方面体现在其能防止电池在储存过程中发生固液分离；另一方面体现在其能改善锌粉的表面性能，提高电池的放电性能。
[0004]目前，电池企业普遍使用PAA(聚丙烯酸)和PAAS(聚丙烯酸钠)作为锌膏凝胶剂，这类材料在强碱性溶液中初期稳定性好，粘度较大，使得锌粉悬浮稳定性良好，但是现有技术难以利用这些锌膏凝胶剂制备内阻小、放电性能优良、储存性能优良的电池，究其原因是因为：在制备前期(即湿法活膏过程)，由于PAA或PAAS的粘度较大，因而锌粉难以均匀分散在PAA或PAAS的溶液中，进而难以得到锌粉在其中均匀分散的锌膏；在制备后期，由于PAA或PAAS为线性高分子，受限于其一维线性结构，与零维的锌颗粒的接触仅限于点线接触，故接触面积有限，无法在制备锌膏的过程中进一步均匀分散锌粉；在存储过程中，由于锌膏中锌粉无法长期稳定悬浮，长时间使用后锌粉会沉降、团聚，此外，PAA或PAAS在长期储存过程在强碱条件下会逐渐分解，PAA或PAAS线性结构有限的位点无法有效吸附锌粉，且无法形成三维网络结构限制锌粉的位移，最终在长期储存过程中会产生离浆，使得锌粉下沉和团聚，进而导致电池的放电性能下降。
[0005]因此，亟待研究一种新的锌膏凝胶剂以制备内阻小、放电性能优良、储存性能优良的电池。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种锌膏凝胶剂及用其制备锌膏的方法和用其制得的锌膏。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0008]一种锌膏凝胶剂，包括主要物质和辅助物质；主要物质为PAA和/或PAAS；辅助物质为BPEI(超支化聚乙烯亚胺)；本专利技术首次提出将超支化聚合物应用于锌膏凝胶剂中，相较于一维线性结构聚合物，超支化聚合物含有大量拓扑结构的支链，这些支链能够增加其与锌粉的接触面积，PAA和/或PAAS与BPEI所形成的新结构具有由PAA和/或PAAS构成刚性“框架”以及由BPEI大量富含氨基的支链所构成的“触须”，其中“框架”有助于限制锌粉的空间位移，“触须”则能提供大量位点牢牢吸附锌粉，显著提升了锌粉的悬浮性能。
[0009]作为优选的技术方案：
[0010]如上所述的一种锌膏凝胶剂，BPEI的重均分子量为45000～75000g/mol；分子量过低则粘度较小，支链数量也较少，不利于悬浮和吸附锌粉；分子量过大则容易团聚，不容易形成均匀交联的三维网络结构。
[0011]如上所述的一种锌膏凝胶剂，主要物质与辅助物质的质量比为97:3～60:40；BPEI含量低于3％则无法与PAA或PAAS交联形成三维网络；BPEI含量高于40％则由于BPEI粘度低于PAA，过多的BPEI加入会导致整个凝胶剂粘度大幅下降，不利于悬浮锌粉。
[0012]本专利技术还提供采用如上任一项所述的一种锌膏凝胶剂制备锌膏的方法，首先将所述主要物质加入到电解液中搅拌均匀，然后加入所述辅助物质后搅拌均匀得到混合液，最后加入缓蚀剂和锌粉后加热至70～90℃搅拌均匀得到锌膏。
[0013]作为优选的技术方案：
[0014]如上所述的方法，电解液为KOH溶液；缓蚀剂为氢氧化铟。
[0015]如上所述的方法，锌粉的视重比为2～4g/mL。
[0016]如上所述的方法，电解液的浓度为20～45wt％；混合液中所述主要物质和所述辅助物质的总含量为1～10wt％；锌粉与混合液的质量比为1.5～2.5:1；缓蚀剂与锌粉的质量比为0.05:100。
[0017]本专利技术还提供采用如上所述的方法制得的锌膏，包含所述主要物质、所述辅助物质、电解液、缓蚀剂和锌粉；锌粉均匀分散，且与所述辅助物质支链上的氨基通过氢键结合；所述主要物质主链上的羧基与所述辅助物质支链上的氨基产生离子键交联和共价键交联，形成带有大量支链的三维网络结构。
[0018]作为优选的技术方案：
[0019]如上所述的一种锌膏，由锌膏制成的LR6电池的内阻为49～78Ω，放电次数为129～174次，储存后放电性能下降率为10.2～18.7％。
[0020]本专利技术的原理如下：
[0021]本专利技术旨在研究一种新的锌膏凝胶剂以制备内阻小、放电性能优良、储存性能优良的电池，本专利技术的锌膏凝胶剂包括主要物质和辅助物质；主要物质为PAA和/或PAAS；辅助物质为BPEI(超支化聚乙烯亚胺)。
[0022]相较于一维线性结构聚合物，超支化聚合物含有大量拓扑结构的支链，这些支链能够增加其与锌粉的接触面积，有助于均匀分散锌粉；因而，解决了由于PAA或PAAS为线性高分子，受限于其一维线性结构，与零维的锌颗粒的接触仅限于点线接触，故接触面积有限，无法在制备锌膏的过程中进一步均匀分散锌粉的问题，有利于提升电池的放电性能；
[0023]BPEI支链上含有大量氨基，与锌粉的接触位点较多，同时能够与锌粉表面的氧化层形成氢键，牢牢吸附锌粉；PAA或PAAS和BPEI能够通过离子键和共价键交联，使锌膏形成稳定的三维网络结构，BPEI能够牢牢吸附锌粉颗粒，使锌粉均匀分散和稳定悬浮，不易沉降、团聚；PAA或PAAS与BPEI所形成的新结构具有由PAA或PAAS构成刚性“框架”和由BPEI大量富含氨基的支链所构成的“触须”，其中“框架”有助于限制锌粉的空间位移，“触须”则能提供大量位点牢牢吸附锌粉，显著提升了锌粉的悬浮性能；因而，解决了采用PAA或PAAS作为锌膏凝胶剂制得的锌膏中锌粉无法稳定悬浮，长时间使用后锌粉会沉降、团聚的问题，有利于提升电池的放电性能；
[0024]本专利技术采用BPEI作为锌膏凝胶剂的辅助物质，BPEI超支化链上的大量氨基可以与锌离子络合，减少和减缓了锌离子与电解液中的氢氧根反应生成的氢氧化锌以及其他锌氧化物的数量和速度，从而减少了锌颗粒表面致密氧化层的生成，有助于降低锌颗粒表面电阻，从而提高其放电性能；因而，有助于解决锌锰碱性电池阳极活性材料为锌粉，碱性水溶液作为电解液，由于放电反应生成的氢氧化锌和锌氧化物等会在锌粉表面形成致密氧化层，从而导致钝化，内阻变大从而降低了其放电性能的问题，有利于提升电池的放电性能；
[0025]本专利技术采用BPEI作为锌膏凝胶剂的辅助物质，一方面BPEI为超支化三维拓扑结构，为锌膏凝胶剂提供了大量与锌颗粒接触位点，此外，其支链上还有大量氨基官能团能与锌表面的氧化层形成氢键，得益于其超支化结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌膏凝胶剂，其特征在于，包括主要物质和辅助物质；主要物质为PAA和/或PAAS；辅助物质为BPEI。2.根据权利要求1所述的一种锌膏凝胶剂，其特征在于，BPEI的重均分子量为45000～75000g/mol。3.根据权利要求1或2所述的一种锌膏凝胶剂，其特征在于，主要物质与辅助物质的质量比为97:3～60:40。4.采用如权利要求1～3任一项所述的一种锌膏凝胶剂制备锌膏的方法，其特征在于，首先将所述主要物质加入到电解液中搅拌均匀，然后加入所述辅助物质后搅拌均匀得到混合液，最后加入缓蚀剂和锌粉后加热至70～90℃搅拌均匀得到锌膏。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，电解液为KOH溶液；缓蚀剂为氢氧化铟。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，锌粉的视重比为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海东，陈超，程凤梅，吴吉娜，陈洪旭，谢解解，
申请(专利权)人：浙江恒威电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：