一种新型的无汞碱锰电池锌膏凝胶剂

　　电池工业bookmark0一种新型的无汞碱锰电池锌膏凝胶剂林雅芬王金良马扣祥（1.兼松（上海有限公司，上海200120 2.轻工业化学电源研究所，江苏苏州215006）胶剂技术进步的历史分析了几种常用凝胶剂的优缺点；介绍了新型凝胶剂一-+G-233的特性，并与其它同类产品进行了比较。

　　1凝胶剂对碱锰电池性能的影响锌膏凝胶剂在碱性锌锰电池中的作用主要有以下3点：⑴固定负极活性物质——锌粉，使负极分散均匀1；⑵吸收电解液给负极反应提供足够的电解质；⑶在颗锌粒表面形成保护层，减少锌活性表面裸露，从而减少电池的析气量。

　　碱性锌锰电池对锌膏凝胶剂的要求主要有以下几个方面：⑶化学稳定性耐碱抗还原湘高低温性能好；⑷水溶性吸液性能优越；锌膏凝胶剂是影响碱性锌锰电池放电、析气、贮存、耐漏液和抗振动等性能的关键材料3.凝胶剂在锌膏中的分布形态、颗粒和膨胀率的大小均影响电池负极的内电阻，从而影响电池的放电性能，特别是大电-），女上海市人经济师。

　　流放电性能。一般地粘度低的凝胶剂，内电阻小新电池大电流放电性能好，但抗振动、贮存和耐漏液性能差；分散系和颗粒太均一的凝胶剂，内电阻大，大电流放电性能和抗振动性能差；膨胀系数大的凝胶剂，吸液性能好，锌膏视密度小影响锌膏填充量影响电池放电性能。

　　粘性和吸液性较好的锌膏凝胶剂，具有较高的线性抗拉强度，锌粉受重罚影响发生沉降的速度缓慢，溶胀后为网状结构的凝胶剂，可使电解液的吸收率提高，既能降低电池内电阻又可有效防止锌膏脱水。但是当锌膏使用了粘度低、化学稳定性差的凝胶剂时，特别是电池正极环较疏松和在高温环境下贮存时，锌膏易发生水解和脱水，造成电解液向正极方向迁移，不仅引起电池正极松散，活性物质利用率降低，内电阻增加，而且，负极因粘度降低和电解液不足，使分散的锌粉发生沉降凝聚颗粒增大易发生锌技晶引起的短路3-4.使用粘度过低的凝胶剂，还容易引起锌颗粒裸露在碱液中造成析氢量增大。特别是电池部分放电后粘度过低一方面使锌粉失去保护，另一方面，反应中水的消耗和锌膏中的水分被正极吸收，锌膏易形成“沙粒”状析氢加剧还可能造成电池放电过程氧化锌技晶引起的短路5，当电池受振动时，锌膏与集流体，锌膏的锌颗粒间易造成瞬时“接触不良”，而引起电压波动3-4产生所谓的“弱电”现象。

　　2锌膏凝胶剂的技术进步长期以来，业界对锌膏凝胶剂的研究工作一直在没有间断。锌膏凝胶剂的研究与选择也从一个侧面反映了全球碱性锌锰电池的技术进步。

　　碱性锌锰电池自商业化以来，锌膏凝胶剂的发展大致经历了3个阶段。

　　最初的锌膏凝胶剂多由单一材料组成。使用最多的为食品或工业用羧甲基纤维素钠盐fcMC），由于该材料在高浓度强碱溶液中稳定性较差，特别是电池在较高温度下贮存时，电解液保持性能差较易脱水和水解造成电池性能恶化。因此，初期的碱锰电池耐漏液和贮存等性能都较差。为改善电池性能，一些电池厂联合CMC生产厂对产品进行过改性，生产碱锰电池专用CMC如曰本的126.和127.中国的B3等。这些改良的CMC虽然性能有所提高，但由于材料本身的先天不足，仍难以满足生产高性能碱锰电池的要求。

　　8.年代，国外开始选择混合型锌膏凝胶剂4.1.*利用不同材料性能的互补来克服存在的弊端。使用最多的为聚丙烯酸钠与CMC混用。聚丙烯酸钠不易水解，在电池锌膏中起增稠作用，而CMC具有较高的粘度，起粘接作用，聚丙烯酸钠在一定程度上弥补了CMC易水解的缺陷，使电池的大电流放电性能和贮存性能有所提高。但CMC水解的弊端仍没有从根本上得到解决，另外，聚丙烯酸钠容易脱水特别是低分子量的），随着碱性锌锰电池低、无汞化的实现，种材料的弊端显现。电池去汞后，锌颗粒处于无保护状态下，如果锌膏没有一定的粘度和稠度或电池在贮存过程中锌膏部分水解，物质趋于表面能降低的性质会使锌的小颗粒逐步“凝聚”成大颗粒，而产生锌晶技，锌颗粒之间及锌颗粒与集流体之间的接触不良，电池抗振动性能差，电池在一定放电深度时表现出明显的电压波动。因此改善锌膏凝胶剂的性能对提高碱性锌锰电池性能和实现无汞化是至关重要的。

　　8.年代末，国外对锌膏凝胶剂作了许多改性尝试，9.年代初，世界着名碱性锌锰电池生产商开始使用聚丙烯酸包括聚丙烯酸的钠盐和酯类）系列锌膏凝胶剂，新凝胶剂的使用，使碱性锌锰电池的放电性能、贮存性能和抗振动性能得到根本性的提高。

　　我国使用聚丙烯酸类碱性锌锰电池锌膏凝胶剂始于后期引进曰本富士碱性锌锰电池技术和设备的厂家，随着韩国火箭、曰本东芝、加拿大海霸等公司设备和技术的引进及国外原材料经销商在国内推销增稠剂产品，国内目前使用的锌膏凝胶剂品种也越来越多主要有丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯等。

　　PW-15.为使用最普遍的聚丙烯酸型号，该产品为架桥碱溶型，具有较高的粘度，能有效克服锌膏的水解和脱水，提高电池的贮存性能。PW15.碱溶后的膨胀系数较小，对提高电池锌膏的填充量较有利从而提高电池的放电性能。

　　使用聚丙烯酸钠的型号根据引进技术的不同不尽相同，目前主要有QP-3、DK-200、250H等。QP-3为架桥球状定形膨润型，网状结构，保液性能优越，抗振动性能好，负极内电阻较小。DK-2……和250H为架桥膨润型颗粒为球状颗粒较大粘度偏低，有优良的稠化性能，工艺适应性好，电池新电性能较好，但较易引起锌膏脱水，贮存性能和抗振动性能相对较差；250H通常用于碱锰扣式电池中。

　　聚丙烯酸酯的型号很多，这种产品原用于化妆品作为增稠剂稳定性好，不易分层，吸液性能特别优越，电池贮存性能好，但由于溶解后的膨胀率太大，造成锌膏视密度下降，锌膏填充量明显偏低，而影响电池的放电性能%.多数电池生产厂通常将不同特性的增稠剂混合使用，起到性能互补的作用。关于这方面的研究内外已有大量报导3新型锌膏凝胶剂一QG-233 4G-233是一种新型的交联架桥体聚丙烯酸钠，与其它同类凝胶剂的不同之处，一是在碱性介质和强还原剂存在的条件下更稳定，高低温性能更优异；二是该材料为不定形破碎形）膨润型，颗粒偏小，且大小不一与球状定形膨润型材料相比，与锌粉颗粒的粘附更牢固，锌膏线性抗拉强度提高，不易出现锌膏脱水分离等现象，可有效克服无汞碱锰电池抗振动性能差的弊端对提高电池的抗振动性能有显着效果。第二点不同与不同颗粒度锌膏凝胶剂混用的作用相近，无定形凝胶剂更有利于锌颗粒接触，减少电池内电阻，提高放电性能和贮存性能。

　　该产品经曰本某着名电池公司使用，电池的电性能、高低温性能、贮存性能和抗振动性能等都有所改善，特别是电池的抗振动性能显着提高。

　　更多的试验结果将会陆续报导。